JP2000217822A - トランスデュ―サを多重化する装置及び方法 - Google Patents
トランスデュ―サを多重化する装置及び方法Info
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- G01S15/8909—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a static transducer configuration
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- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ビームフォーマが有するチャネルよりも多い
電気的に独立した素子を有する多数行型のトランスデュ
ーサ・アレイにビームフォーマを接続するためのマルチ
プレクサを提供する。 【解決手段】 マルチプレクサ（３６）は、トランスデ
ューサ素子（２６）とビームフォーマ・チャネル（２
８）との間でイメージング・データを多重化する多数の
スイッチと、マルチプレクサ状態コマンドの受信に応答
して前記スイッチを選択的に構成するコントローラとを
含んでおり、多数行型のアパーチャの動的な選択及びビ
ーム形成の制御を可能にする。アクティヴ・アパーチャ
をアレイの少なくとも１つの軸に沿って走査すると共
に、アクティヴ・アパーチャの形状を電子的に変化させ
ることを可能にする。このマルチプレクサは、合成開口
式ビーム形成に適した送波アパーチャ及び受波アパーチ
ャを支援する。
電気的に独立した素子を有する多数行型のトランスデュ
ーサ・アレイにビームフォーマを接続するためのマルチ
プレクサを提供する。 【解決手段】 マルチプレクサ（３６）は、トランスデ
ューサ素子（２６）とビームフォーマ・チャネル（２
８）との間でイメージング・データを多重化する多数の
スイッチと、マルチプレクサ状態コマンドの受信に応答
して前記スイッチを選択的に構成するコントローラとを
含んでおり、多数行型のアパーチャの動的な選択及びビ
ーム形成の制御を可能にする。アクティヴ・アパーチャ
をアレイの少なくとも１つの軸に沿って走査すると共
に、アクティヴ・アパーチャの形状を電子的に変化させ
ることを可能にする。このマルチプレクサは、合成開口
式ビーム形成に適した送波アパーチャ及び受波アパーチ
ャを支援する。
Description
【０００１】
【発明の分野】本発明は、多数行型（multi-row）超音
波トランスデューサ・アレイを有する医用超音波イメー
ジング・システムに関する。具体的には、本発明は、ビ
ームフォーマ・チャネルの数よりも多い数の素子を有す
る多数行型超音波トランスデューサ・アレイに関する。
波トランスデューサ・アレイを有する医用超音波イメー
ジング・システムに関する。具体的には、本発明は、ビ
ームフォーマ・チャネルの数よりも多い数の素子を有す
る多数行型超音波トランスデューサ・アレイに関する。
【０００２】
【発明の背景】従来の超音波イメージング・システム
は、超音波ビームを送波すると共に被検体からの反射ビ
ームを受波するのに用いられる超音波トランスデューサ
の配列（アレイ）を備えている。超音波イメージングの
場合には、１次元のアレイが、典型的には、１行に配列
されており個別の電圧で駆動される多数のトランスデュ
ーサを含んでいる。印加電圧の時間遅延（又は位相）及
び振幅を選択することにより、個々のトランスデューサ
を制御して超音波を発生することができ、これらの超音
波を合計して、好ましいベクトル方向に沿って走行して
おり且つビームに沿って選択された１点に集束されてい
るような正味の超音波を形成する。同じ走査線に沿って
データを収集するように多数回のファイアリング（firi
ng）を用いてもよい。各回のファイアリングのビーム形
成パラメータを変化させると、最大焦点に変化を与えた
り、そうでない場合には、例えば各回のビームの焦点を
前回のビームの焦点に対して移動させながら同じ走査線
に沿って連続したビームを送波することにより各回のフ
ァイアリング毎に受波データの内容を変化させたりする
ことができる。印加電圧の時間遅延及び振幅を変化させ
ることにより、ビームをその焦点に関して、物体を走査
するための平面内で移動させることができる。
は、超音波ビームを送波すると共に被検体からの反射ビ
ームを受波するのに用いられる超音波トランスデューサ
の配列（アレイ）を備えている。超音波イメージングの
場合には、１次元のアレイが、典型的には、１行に配列
されており個別の電圧で駆動される多数のトランスデュ
ーサを含んでいる。印加電圧の時間遅延（又は位相）及
び振幅を選択することにより、個々のトランスデューサ
を制御して超音波を発生することができ、これらの超音
波を合計して、好ましいベクトル方向に沿って走行して
おり且つビームに沿って選択された１点に集束されてい
るような正味の超音波を形成する。同じ走査線に沿って
データを収集するように多数回のファイアリング（firi
ng）を用いてもよい。各回のファイアリングのビーム形
成パラメータを変化させると、最大焦点に変化を与えた
り、そうでない場合には、例えば各回のビームの焦点を
前回のビームの焦点に対して移動させながら同じ走査線
に沿って連続したビームを送波することにより各回のフ
ァイアリング毎に受波データの内容を変化させたりする
ことができる。印加電圧の時間遅延及び振幅を変化させ
ることにより、ビームをその焦点に関して、物体を走査
するための平面内で移動させることができる。
【０００３】トランスデューサ・アレイが、反射音を受
波するために用いられているとき（受波モード）にも同
じ原理が適用される。受波中のトランスデューサにおい
て発生される電圧は、正味の信号が物体内の単一の焦点
から反射した超音波を示すものとなるように合計され
る。送波モードの場合と同様に、受波中の各々のトラン
スデューサからの信号に対して個別の時間遅延（及び／
又は位相シフト）並びにゲインを与えることにより、超
音波エネルギの上述のような集束式受波を行うことがで
きる。
波するために用いられているとき（受波モード）にも同
じ原理が適用される。受波中のトランスデューサにおい
て発生される電圧は、正味の信号が物体内の単一の焦点
から反射した超音波を示すものとなるように合計され
る。送波モードの場合と同様に、受波中の各々のトラン
スデューサからの信号に対して個別の時間遅延（及び／
又は位相シフト）並びにゲインを与えることにより、超
音波エネルギの上述のような集束式受波を行うことがで
きる。
【０００４】フェーズド・アレイ型の超音波トランスデ
ューサは、小さな圧電素子のアレイから成っており、各
々の素子への独立した電気的接続を備えている。従来の
殆どのトランスデューサでは、各素子は微小なピッチ
（中心において１つの音波長に対して２分の１）で離隔
されて、単一の行に配列されている。ここで用いる際に
は、「１Ｄ」トランスデューサ・アレイという用語は、
固定された仰角方向（elevation）アパーチャ（開口）
と、固定されたレンジ（距離）に位置する仰角方向焦点
とを有する単一行型のトランスデューサ・アレイを指す
ものとする。各素子に結合されている電子回路機構は、
送波信号及び受波信号を制御したり、イメージング平面
の全体にわたって方向制御（ステアリング）され集束さ
れた超音波ビームを形成したりするために、時間遅延を
用い、又、可能ならば位相回転を用いる。超音波システ
ム及びプローブによっては、プローブ内のトランスデュ
ーサ素子の数が、システムのビームフォーマ電子回路の
チャネルの数を上回っていることがある。このような場
合には、電子式マルチプレクサを用いて、画像形成過程
の様々な部分で、異なる（典型的には、連続した）トラ
ンスデューサ素子のサブセット（部分集合）に、利用可
能なチャネルを動的に接続する。
ューサは、小さな圧電素子のアレイから成っており、各
々の素子への独立した電気的接続を備えている。従来の
殆どのトランスデューサでは、各素子は微小なピッチ
（中心において１つの音波長に対して２分の１）で離隔
されて、単一の行に配列されている。ここで用いる際に
は、「１Ｄ」トランスデューサ・アレイという用語は、
固定された仰角方向（elevation）アパーチャ（開口）
と、固定されたレンジ（距離）に位置する仰角方向焦点
とを有する単一行型のトランスデューサ・アレイを指す
ものとする。各素子に結合されている電子回路機構は、
送波信号及び受波信号を制御したり、イメージング平面
の全体にわたって方向制御（ステアリング）され集束さ
れた超音波ビームを形成したりするために、時間遅延を
用い、又、可能ならば位相回転を用いる。超音波システ
ム及びプローブによっては、プローブ内のトランスデュ
ーサ素子の数が、システムのビームフォーマ電子回路の
チャネルの数を上回っていることがある。このような場
合には、電子式マルチプレクサを用いて、画像形成過程
の様々な部分で、異なる（典型的には、連続した）トラ
ンスデューサ素子のサブセット（部分集合）に、利用可
能なチャネルを動的に接続する。
【０００５】１Ｄアレイの限定された仰角方向性能を改
善するために、いわゆる「１．２５Ｄ」アレイ、「１．
５Ｄ」アレイ、「１．７５Ｄ」アレイ及び「２Ｄ」アレ
イを含めた様々な形式の多数行型トランスデューサ・ア
レイが開発されている。ここで用いる際には、これらの
用語は以下の意味を有するものとする。「１．２５
Ｄ」：仰角方向のアパーチャは可変であるが、集束は静
的である。「１．５Ｄ」：仰角方向のアパーチャ、シェ
ーディング及び集束は動的に可変であるが、アレイの中
心線に関して対称である。「１．７５Ｄ」：仰角方向の
形状及び制御方式は１．５Ｄと同様であるが、対称性の
制限がない。「２Ｄ」：仰角方向の形状及び性能は、電
子式アポダイゼーション、集束及び方向制御を完全に行
うことができ、方位角方向と同等である。１．２５Ｄプ
ローブの仰角方向アパーチャは、レンジと共に増大する
が、そのアパーチャの仰角方向集束は静的であって、１
つ（又は複数）の固定された焦点を備えた機械的なレン
ズによって主に決定されている。１．２５Ｄプローブ
は、近距離音場及び遠距離音場のスライス厚さ性能につ
いて、１Ｄプローブよりも実質的に優れていることに加
え、追加のシステム・ビームフォーマ・チャネルを要求
しない。１．５Ｄプローブは、仰角方向での動的な集束
及びアポダイゼーションを行うために、追加のビームフ
ォーマ・チャネルを用いる。１．５Ｄプローブは、特に
中距離音場及び遠距離音場において、１．２５Ｄプロー
ブに匹敵する細部分解能を提供することができ、コント
ラスト分解能については１．２５Ｄプローブよりも実質
的に優れている。１．７５Ｄプローブは、アパーチャ内
のすべての素子について独立にビーム形成用の時間遅延
の制御を行うので、ビームフォーマは、体内の不均一な
伝播速度（又はイメージング・システム若しくはトラン
スデューサの非一様性）を適応的に補償することができ
る。このような適応型ビーム形成又は位相収差補正に加
え、１．７５Ｄプローブは、仰角方向の限定付きビーム
方向制御を支援することもできる。
善するために、いわゆる「１．２５Ｄ」アレイ、「１．
５Ｄ」アレイ、「１．７５Ｄ」アレイ及び「２Ｄ」アレ
イを含めた様々な形式の多数行型トランスデューサ・ア
レイが開発されている。ここで用いる際には、これらの
用語は以下の意味を有するものとする。「１．２５
Ｄ」：仰角方向のアパーチャは可変であるが、集束は静
的である。「１．５Ｄ」：仰角方向のアパーチャ、シェ
ーディング及び集束は動的に可変であるが、アレイの中
心線に関して対称である。「１．７５Ｄ」：仰角方向の
形状及び制御方式は１．５Ｄと同様であるが、対称性の
制限がない。「２Ｄ」：仰角方向の形状及び性能は、電
子式アポダイゼーション、集束及び方向制御を完全に行
うことができ、方位角方向と同等である。１．２５Ｄプ
ローブの仰角方向アパーチャは、レンジと共に増大する
が、そのアパーチャの仰角方向集束は静的であって、１
つ（又は複数）の固定された焦点を備えた機械的なレン
ズによって主に決定されている。１．２５Ｄプローブ
は、近距離音場及び遠距離音場のスライス厚さ性能につ
いて、１Ｄプローブよりも実質的に優れていることに加
え、追加のシステム・ビームフォーマ・チャネルを要求
しない。１．５Ｄプローブは、仰角方向での動的な集束
及びアポダイゼーションを行うために、追加のビームフ
ォーマ・チャネルを用いる。１．５Ｄプローブは、特に
中距離音場及び遠距離音場において、１．２５Ｄプロー
ブに匹敵する細部分解能を提供することができ、コント
ラスト分解能については１．２５Ｄプローブよりも実質
的に優れている。１．７５Ｄプローブは、アパーチャ内
のすべての素子について独立にビーム形成用の時間遅延
の制御を行うので、ビームフォーマは、体内の不均一な
伝播速度（又はイメージング・システム若しくはトラン
スデューサの非一様性）を適応的に補償することができ
る。このような適応型ビーム形成又は位相収差補正に加
え、１．７５Ｄプローブは、仰角方向の限定付きビーム
方向制御を支援することもできる。
【０００６】少なくともアポダイゼーションを行い
（１．２５Ｄ）、且つ可能ならば動的ビーム形成（１．
５Ｄ）、位相収差制御（１．７５Ｄ）又は完全な２Ｄビ
ーム方向制御を行うことにより、多数行型トランスデュ
ーサ・アレイは１Ｄプローブの限定された仰角方向性能
を大幅に改善する。しかしながら、トランスデューサ内
の素子の数は増大しているがビームフォーマ内のチャネ
ルの数は追い付いていないので、マルチプレクサの作用
がますます重要になる。
（１．２５Ｄ）、且つ可能ならば動的ビーム形成（１．
５Ｄ）、位相収差制御（１．７５Ｄ）又は完全な２Ｄビ
ーム方向制御を行うことにより、多数行型トランスデュ
ーサ・アレイは１Ｄプローブの限定された仰角方向性能
を大幅に改善する。しかしながら、トランスデューサ内
の素子の数は増大しているがビームフォーマ内のチャネ
ルの数は追い付いていないので、マルチプレクサの作用
がますます重要になる。
【０００７】Snyderに付与された米国特許第５，５２
０，１８７号は、多数行型トランスデューサ・アレイに
ついて議論しているわけではないが、様々な数のビーム
フォーマ・チャネルを備えたシステムのための様々なマ
ルチプレクサ状態を支援する柔軟性のあるマルチプレク
サを記載している。尚、本特許はここに参照されるべき
ものである。これらのマルチプレクサ状態は、例えばシ
リアル・インタフェイスを介して、超音波イメージング
・システムによって繰り返し新たにプログラムすること
ができる。これらの特徴を以下に開示する多数行型アレ
イ用のマルチプレクサに用いると有利である。
０，１８７号は、多数行型トランスデューサ・アレイに
ついて議論しているわけではないが、様々な数のビーム
フォーマ・チャネルを備えたシステムのための様々なマ
ルチプレクサ状態を支援する柔軟性のあるマルチプレク
サを記載している。尚、本特許はここに参照されるべき
ものである。これらのマルチプレクサ状態は、例えばシ
リアル・インタフェイスを介して、超音波イメージング
・システムによって繰り返し新たにプログラムすること
ができる。これらの特徴を以下に開示する多数行型アレ
イ用のマルチプレクサに用いると有利である。
【０００８】１９９４年７月１９日にThomas及びHarsh
に付与された米国特許第５，３２９，９３０号は、合成
開口式イメージングの方法を開示している。尚、本特許
は本出願人に譲渡されており、ここに参照されるべきも
のである。この方法によれば、有限数のシステム・ビー
ムフォーマ・チャネルが、マルチプレクサを介して、多
数のトランスデューサ素子の連続したサブセットに結合
される。各々の所望の画像ベクトル毎に、又、各々のト
ランスデューサ素子のサブセット毎に、音波ビームが送
波され受波されて、他のサブセットのトランスデューサ
素子からの音波データとコヒーレントな状態で加算され
る。このようにして、Ｎチャネルのビームフォーマは、
結果として得られる画像ベクトル当たりＭ回の送受波サ
イクル（このことから１対Ｍイメージング又は１：Ｍイ
メージングとの名称がある。）という代償はあるが、
（Ｍ×Ｎ）素子のトランスデューサから得ることのでき
る分解能及び信号対雑音性能の大部分を達成することが
できる。Thomas及びHarshは、このマルチプレクサの基
準については議論しているが、この基準に合った特定の
設計は何ら開示していない。以下に開示するマルチプレ
クサは、この米国特許第５，３２９，９３０号の基準を
満たし、且つ１．５Ｄ及び１．７５Ｄのトランスデュー
サ・アレイの１：Ｍビームフォーマを支援するように設
計されている。
に付与された米国特許第５，３２９，９３０号は、合成
開口式イメージングの方法を開示している。尚、本特許
は本出願人に譲渡されており、ここに参照されるべきも
のである。この方法によれば、有限数のシステム・ビー
ムフォーマ・チャネルが、マルチプレクサを介して、多
数のトランスデューサ素子の連続したサブセットに結合
される。各々の所望の画像ベクトル毎に、又、各々のト
ランスデューサ素子のサブセット毎に、音波ビームが送
波され受波されて、他のサブセットのトランスデューサ
素子からの音波データとコヒーレントな状態で加算され
る。このようにして、Ｎチャネルのビームフォーマは、
結果として得られる画像ベクトル当たりＭ回の送受波サ
イクル（このことから１対Ｍイメージング又は１：Ｍイ
メージングとの名称がある。）という代償はあるが、
（Ｍ×Ｎ）素子のトランスデューサから得ることのでき
る分解能及び信号対雑音性能の大部分を達成することが
できる。Thomas及びHarshは、このマルチプレクサの基
準については議論しているが、この基準に合った特定の
設計は何ら開示していない。以下に開示するマルチプレ
クサは、この米国特許第５，３２９，９３０号の基準を
満たし、且つ１．５Ｄ及び１．７５Ｄのトランスデュー
サ・アレイの１：Ｍビームフォーマを支援するように設
計されている。
【０００９】１９９８年２月２０日に出願され本出願人
に譲渡されているD. G. Wildes等の米国特許出願第０９
／０２６，６６０号は、１Ｄトランスデューサ・アレイ
用のマルチプレクサを開示していると共に、多数行型ト
ランスデューサ・アレイ用にアパーチャ形状及びビーム
フォーマの接続方式の柔軟性のある制御を可能にする新
たな種類のマルチプレクサの設計規則及び物理的設計を
開示している。システム・チャネルとトランスデューサ
素子との間の接続は、以下の設計規則に従う。
に譲渡されているD. G. Wildes等の米国特許出願第０９
／０２６，６６０号は、１Ｄトランスデューサ・アレイ
用のマルチプレクサを開示していると共に、多数行型ト
ランスデューサ・アレイ用にアパーチャ形状及びビーム
フォーマの接続方式の柔軟性のある制御を可能にする新
たな種類のマルチプレクサの設計規則及び物理的設計を
開示している。システム・チャネルとトランスデューサ
素子との間の接続は、以下の設計規則に従う。
【００１０】規則１．チャネル対素子の割り当ての順序
及びサイクル長は、すべての列について同一とする。
及びサイクル長は、すべての列について同一とする。
【００１１】規則２．アパーチャの行を、対としてグル
ープ化する。各々の対の一方の行におけるチャネルの割
り当ては、他方の行における割り当てからサイクル長の
２分の１ずつずれるようにする。
ープ化する。各々の対の一方の行におけるチャネルの割
り当ては、他方の行における割り当てからサイクル長の
２分の１ずつずれるようにする。
【００１２】規則３．行の対を、４つ１組としてグルー
プ化してもよい。各々の四半組の一方の対におけるチャ
ネルの割り当ては、他方の対における割り当てからサイ
クル長の４分の１ずつずれるようにする。
プ化してもよい。各々の四半組の一方の対におけるチャ
ネルの割り当ては、他方の対における割り当てからサイ
クル長の４分の１ずつずれるようにする。
【００１３】規則４．いずれかの素子がスイッチを介し
て２つのチャネルに結合されているならば、この素子に
結合されている２つのチャネルは、サイクル長の２分の
１ずつ離隔するようにする。
て２つのチャネルに結合されているならば、この素子に
結合されている２つのチャネルは、サイクル長の２分の
１ずつ離隔するようにする。
【００１４】米国特許出願第０９／０２６，６６０号に
示されているすべての１Ｄアパーチャ及び１．２５Ｄア
パーチャでは、別個のシステム・ビームフォーマ・チャ
ネル（又はチャネルの対）がトランスデューサ素子の各
々の列に割り当てられているので、アクティヴ・アパー
チャの最大幅がシステム・チャネルの数によって制限さ
れる。同様に、１．５Ｄ及び１．７５Ｄのアパーチャで
は、別個のシステム・ビームフォーマ・チャネルが各々
のトランスデューサ素子（又は、１．５Ｄアレイの場合
には、仰角方向に対称な素子の対）に接続されているの
で、アクティヴ・アパーチャの全面積がシステム・チャ
ネルの数によって制限される。
示されているすべての１Ｄアパーチャ及び１．２５Ｄア
パーチャでは、別個のシステム・ビームフォーマ・チャ
ネル（又はチャネルの対）がトランスデューサ素子の各
々の列に割り当てられているので、アクティヴ・アパー
チャの最大幅がシステム・チャネルの数によって制限さ
れる。同様に、１．５Ｄ及び１．７５Ｄのアパーチャで
は、別個のシステム・ビームフォーマ・チャネルが各々
のトランスデューサ素子（又は、１．５Ｄアレイの場合
には、仰角方向に対称な素子の対）に接続されているの
で、アクティヴ・アパーチャの全面積がシステム・チャ
ネルの数によって制限される。
【００１５】１９９７年１１月２４日に出願され本出願
人に譲渡されているM. S. Seyed-Bolorforosh等の米国
特許出願第０８／９７７，０８２号は、素子のピッチが
動作のモードに応じてイメージング・システムによって
制御されるような適応型トランスデューサ・アレイを開
示している。アパーチャ・サイズは、トランスデューサ
素子の行のピッチを増大させることにより増大する。多
数行型トランスデューサ・アレイの場合には、ピッチを
１行よりも多い行において増大させることができる。多
数の状態を有する多重化構成によって、多数のビームフ
ォーマ・チャネルに多数のトランスデューサ素子が結合
される。１つのマルチプレクサ状態では、連続したトラ
ンスデューサ素子が、連続したビームフォーマ・チャネ
ルにそれぞれ結合されて、２つの隣接したトランスデュ
ーサ素子の各中心線が離隔している分の距離に等しい素
子ピッチを有するアパーチャを形成する（以下、「小ピ
ッチ」と呼ぶ。）。もう１つのマルチプレクサ状態で
は、選択されたトランスデューサ素子が、連続したビー
ムフォーマチャネルにそれぞれ結合されて、小ピッチに
２又はこれよりも多いファクタを乗じたものに等しい増
大した素子ピッチを有するアパーチャを形成する。アパ
ーチャを増大させるために、３つの手法が開示されてい
る。出願第０８／９７７，０８２号の発明を１．２５
Ｄ、１．５Ｄ及び２Ｄのアレイに適用する方法が議論さ
れている。好ましい方法は、ピッチを増大させることに
より、より大きなアクティヴ・アパーチャを形成するた
めに、アレイ内の隣接した素子を相互接続するものであ
る。代替的には、アレイ内の１つ置きの素子をそれぞれ
のビームフォーマ・チャネルに結合して、より大きいア
パーチャを有する疎らなアレイを形成することもでき
る。最後の方法は、これら２つの手法の組み合わせであ
り、アクティヴ・アパーチャをいくつかのセグメントに
分割し、各々のセグメントが、小ピッチを有する領域、
隣接した素子を共に短絡させることにより得られるより
大きなピッチを有する領域、又は素子の疎らな離隔によ
って得られるより大きなピッチを有する領域を含むよう
にするものである。
人に譲渡されているM. S. Seyed-Bolorforosh等の米国
特許出願第０８／９７７，０８２号は、素子のピッチが
動作のモードに応じてイメージング・システムによって
制御されるような適応型トランスデューサ・アレイを開
示している。アパーチャ・サイズは、トランスデューサ
素子の行のピッチを増大させることにより増大する。多
数行型トランスデューサ・アレイの場合には、ピッチを
１行よりも多い行において増大させることができる。多
数の状態を有する多重化構成によって、多数のビームフ
ォーマ・チャネルに多数のトランスデューサ素子が結合
される。１つのマルチプレクサ状態では、連続したトラ
ンスデューサ素子が、連続したビームフォーマ・チャネ
ルにそれぞれ結合されて、２つの隣接したトランスデュ
ーサ素子の各中心線が離隔している分の距離に等しい素
子ピッチを有するアパーチャを形成する（以下、「小ピ
ッチ」と呼ぶ。）。もう１つのマルチプレクサ状態で
は、選択されたトランスデューサ素子が、連続したビー
ムフォーマチャネルにそれぞれ結合されて、小ピッチに
２又はこれよりも多いファクタを乗じたものに等しい増
大した素子ピッチを有するアパーチャを形成する。アパ
ーチャを増大させるために、３つの手法が開示されてい
る。出願第０８／９７７，０８２号の発明を１．２５
Ｄ、１．５Ｄ及び２Ｄのアレイに適用する方法が議論さ
れている。好ましい方法は、ピッチを増大させることに
より、より大きなアクティヴ・アパーチャを形成するた
めに、アレイ内の隣接した素子を相互接続するものであ
る。代替的には、アレイ内の１つ置きの素子をそれぞれ
のビームフォーマ・チャネルに結合して、より大きいア
パーチャを有する疎らなアレイを形成することもでき
る。最後の方法は、これら２つの手法の組み合わせであ
り、アクティヴ・アパーチャをいくつかのセグメントに
分割し、各々のセグメントが、小ピッチを有する領域、
隣接した素子を共に短絡させることにより得られるより
大きなピッチを有する領域、又は素子の疎らな離隔によ
って得られるより大きなピッチを有する領域を含むよう
にするものである。
【００１６】超音波トランスデューサは、独立した電子
制御される時間遅延を各々の素子への信号又は各々の素
子からの信号に適用することができるように、素子の微
小ピッチ配列に分割される。これらの信号の代数和は、
電子的に方向制御され且つ集束されている超音波のビー
ムを形成する。トランスデューサが、いわゆるリニア・
アレイ又はコンベクス・アレイであり、超音波のビーム
が方向制御を行わない場合にトランスデューサの面に垂
直に配向されているならば、集束に必要な時間遅延は近
似的に次のようになる。
制御される時間遅延を各々の素子への信号又は各々の素
子からの信号に適用することができるように、素子の微
小ピッチ配列に分割される。これらの信号の代数和は、
電子的に方向制御され且つ集束されている超音波のビー
ムを形成する。トランスデューサが、いわゆるリニア・
アレイ又はコンベクス・アレイであり、超音波のビーム
が方向制御を行わない場合にトランスデューサの面に垂
直に配向されているならば、集束に必要な時間遅延は近
似的に次のようになる。
【００１７】 Δｔ（ｒ）≒ｒ2／（２ＦＶs） （１） ここで、ｒはビームの中心からトランスデューサの面上
の各点までの距離であり、Ｆは焦点長さであり、Ｖsは
音速である。焦点における分解能は、 δ≒λｆ （２） であり、ここで、λは超音波の波長であり、ｆはアレイ
のｆナンバである。
の各点までの距離であり、Ｆは焦点長さであり、Ｖsは
音速である。焦点における分解能は、 δ≒λｆ （２） であり、ここで、λは超音波の波長であり、ｆはアレイ
のｆナンバである。
【００１８】画像の全体にわたって比較的一様な分解能
を維持するためには、トランスデューサ・アレイのアク
ティヴ・アパーチャを焦点距離に比例して増大させて、
一定のｆナンバ、典型的には、方位角（アジマス）方向
にｆ／１乃至ｆ／２を維持する。用いられる最小のｆナ
ンバは、音場の所望の深さ及びビームフォーマの時間遅
延分解能によって制限される。しかしながら、遠距離音
場の画像では、アレイのアクティヴ・アパーチャは典型
的には、システム・ビームフォーマのチャネルの数によ
って制限され、深さと共にｆナンバは増大し、分解能は
低下する。トランスデューサ・アレイの設計に当たって
の主要な決断は、近距離音場及び中距離音場において低
いｆナンバのビーム形成のために個々の素子の広い指向
性及び時間遅延の良好な制御を得る微細なピッチと、遠
距離音場において最大のアパーチャ、感度及び分解能を
得る粗いピッチとの間の兼ね合いをどのように図るかと
いうことにある。
を維持するためには、トランスデューサ・アレイのアク
ティヴ・アパーチャを焦点距離に比例して増大させて、
一定のｆナンバ、典型的には、方位角（アジマス）方向
にｆ／１乃至ｆ／２を維持する。用いられる最小のｆナ
ンバは、音場の所望の深さ及びビームフォーマの時間遅
延分解能によって制限される。しかしながら、遠距離音
場の画像では、アレイのアクティヴ・アパーチャは典型
的には、システム・ビームフォーマのチャネルの数によ
って制限され、深さと共にｆナンバは増大し、分解能は
低下する。トランスデューサ・アレイの設計に当たって
の主要な決断は、近距離音場及び中距離音場において低
いｆナンバのビーム形成のために個々の素子の広い指向
性及び時間遅延の良好な制御を得る微細なピッチと、遠
距離音場において最大のアパーチャ、感度及び分解能を
得る粗いピッチとの間の兼ね合いをどのように図るかと
いうことにある。
【００１９】
【発明の概要】多数行型のアパーチャの動的な選択及び
ビーム形成の制御を行うことを目的として、ビームフォ
ーマが有するチャネルよりも多い電気的に独立した素子
を有する多数行型の配列型トランスデューサにビームフ
ォーマを結合するマルチプレクサが用いられる。このマ
ルチプレクサは、アクティヴ・アパーチャをアレイの少
なくとも１つの軸に沿って走査することを可能にすると
共に、アクティヴ・アパーチャの形状を電子的に変化さ
せることを可能にする。又、このマルチプレクサは、合
成開口式ビーム形成に適した送波アパーチャ及び受波ア
パーチャを支援する。加えて、このマルチプレクサは、
比較的少ないスイッチを収容しているので、経費及び寸
法についての経済性が得られる。信号の減衰を最小限に
抑えるために、このマルチプレクサは、ビームフォーマ
・チャネルとトランスデューサ素子との間のいかなる信
号経路に沿っても２つ又はこれよりも多いスイッチを直
列に配置することが一切ないように設計されている。
ビーム形成の制御を行うことを目的として、ビームフォ
ーマが有するチャネルよりも多い電気的に独立した素子
を有する多数行型の配列型トランスデューサにビームフ
ォーマを結合するマルチプレクサが用いられる。このマ
ルチプレクサは、アクティヴ・アパーチャをアレイの少
なくとも１つの軸に沿って走査することを可能にすると
共に、アクティヴ・アパーチャの形状を電子的に変化さ
せることを可能にする。又、このマルチプレクサは、合
成開口式ビーム形成に適した送波アパーチャ及び受波ア
パーチャを支援する。加えて、このマルチプレクサは、
比較的少ないスイッチを収容しているので、経費及び寸
法についての経済性が得られる。信号の減衰を最小限に
抑えるために、このマルチプレクサは、ビームフォーマ
・チャネルとトランスデューサ素子との間のいかなる信
号経路に沿っても２つ又はこれよりも多いスイッチを直
列に配置することが一切ないように設計されている。
【００２０】本発明の好ましい実施例によれば、近距離
音場イメージングのためには各々のシステム・ビームフ
ォーマ・チャネルを単一のトランスデューサ素子に結合
し、遠距離音場イメージングのためには隣接したトラン
スデューサ素子の対に結合することができるようにし
て、単一行型又は多数行型の配列型トランスデューサ用
のマルチプレクサを設計する。具体的には、マルチプレ
クサは、近距離音場の場合には時間遅延の細かい制御の
ために微小なピッチで接続を形成し、遠距離音場の場合
にはアクティヴ・アパーチャを最大化するために粗いピ
ッチで接続を形成し得るように、システム・ビームフォ
ーマ・チャネルをトランスデューサ・アレイの素子に結
合する。目標は、すべてのレンジ、特に、トランスデュ
ーサに近いレンジ及びトランスデューサから離隔したレ
ンジにおいて、良好な感度で、高分解能で且つ低ｆナン
バのイメージングを行うことにある。
音場イメージングのためには各々のシステム・ビームフ
ォーマ・チャネルを単一のトランスデューサ素子に結合
し、遠距離音場イメージングのためには隣接したトラン
スデューサ素子の対に結合することができるようにし
て、単一行型又は多数行型の配列型トランスデューサ用
のマルチプレクサを設計する。具体的には、マルチプレ
クサは、近距離音場の場合には時間遅延の細かい制御の
ために微小なピッチで接続を形成し、遠距離音場の場合
にはアクティヴ・アパーチャを最大化するために粗いピ
ッチで接続を形成し得るように、システム・ビームフォ
ーマ・チャネルをトランスデューサ・アレイの素子に結
合する。目標は、すべてのレンジ、特に、トランスデュ
ーサに近いレンジ及びトランスデューサから離隔したレ
ンジにおいて、良好な感度で、高分解能で且つ低ｆナン
バのイメージングを行うことにある。
【００２１】マルチプレクサは又、アレイの少なくとも
１つの軸に沿ってアクティヴ・アパーチャを走査するこ
とを可能にすると共に、アクティヴ・アパーチャの形状
を電子的に変化させることを可能にする。このマルチプ
レクサは、合成開口式ビーム形成に適した送波アパーチ
ャ及び受波アパーチャを支援する。経費及び寸法に関す
る経済性のために、マルチプレクサは、比較的少ないス
イッチを収容している。信号の減衰を最小限に抑えるた
めに、マルチプレクサは、ビームフォーマ・チャネルと
トランスデューサ素子との間のいかなる信号経路に沿っ
ても２つ又はこれよりも多いスイッチを直列に配置する
ことが一切ない。好ましくは、このマルチプレクサは、
モジュール式構成を有しており、様々な数の素子の行及
び列を有する複数のトランスデューサ・アレイに適した
マルチプレクサを、標準セットの部品から容易に組み立
てることができるようにしている。
１つの軸に沿ってアクティヴ・アパーチャを走査するこ
とを可能にすると共に、アクティヴ・アパーチャの形状
を電子的に変化させることを可能にする。このマルチプ
レクサは、合成開口式ビーム形成に適した送波アパーチ
ャ及び受波アパーチャを支援する。経費及び寸法に関す
る経済性のために、マルチプレクサは、比較的少ないス
イッチを収容している。信号の減衰を最小限に抑えるた
めに、マルチプレクサは、ビームフォーマ・チャネルと
トランスデューサ素子との間のいかなる信号経路に沿っ
ても２つ又はこれよりも多いスイッチを直列に配置する
ことが一切ない。好ましくは、このマルチプレクサは、
モジュール式構成を有しており、様々な数の素子の行及
び列を有する複数のトランスデューサ・アレイに適した
マルチプレクサを、標準セットの部品から容易に組み立
てることができるようにしている。
【００２２】
【好ましい実施態様の説明】図１は、ビームフォーマ２
と、プロセッサ４（各々の異なるモード毎に別個のプロ
セッサを含んでいる）とスキャン・コンバータ／表示制
御器６とカーネル８との４つの主要なサブシステムを有
する超音波イメージング・システムを示している。シス
テム制御はカーネルに集中化されており、カーネルは、
操作者の入力をオペレータ・インタフェイス１０を介し
て受け取って、様々なサブシステムを制御する。マスタ
・コントローラ１２は、オペレータ・インタフェイス１
０を介した操作者からの入力及びシステム状態の変化
（例えば、モードの変化）を受け取って、直接に又は走
査制御器を介して適当なシステム変更を加えることによ
り、システム・レベルの制御作用を実行する。システム
制御バス１４が、マスタ・コントローラ１２から各サブ
システムへのインタフェイスを提供している。走査制御
シーケンサ１６が、ビームフォーマ２、システム・タイ
ミング発生器２３、プロセッサ４及びスキャン・コンバ
ータ６に対して実時間（音波ベクトル速度）の制御入力
を供給する。走査制御シーケンサは、ベクトル・シーケ
ンスに関して、及び音波フレーム収集の同期の選択肢に
関して、ホスト（カーネル８）によってプログラムされ
ている。スキャン・コンバータは、ホストによって定義
されたベクトル・パラメータを走査制御バス１８を介し
て各サブシステムへ同報通信する。
と、プロセッサ４（各々の異なるモード毎に別個のプロ
セッサを含んでいる）とスキャン・コンバータ／表示制
御器６とカーネル８との４つの主要なサブシステムを有
する超音波イメージング・システムを示している。シス
テム制御はカーネルに集中化されており、カーネルは、
操作者の入力をオペレータ・インタフェイス１０を介し
て受け取って、様々なサブシステムを制御する。マスタ
・コントローラ１２は、オペレータ・インタフェイス１
０を介した操作者からの入力及びシステム状態の変化
（例えば、モードの変化）を受け取って、直接に又は走
査制御器を介して適当なシステム変更を加えることによ
り、システム・レベルの制御作用を実行する。システム
制御バス１４が、マスタ・コントローラ１２から各サブ
システムへのインタフェイスを提供している。走査制御
シーケンサ１６が、ビームフォーマ２、システム・タイ
ミング発生器２３、プロセッサ４及びスキャン・コンバ
ータ６に対して実時間（音波ベクトル速度）の制御入力
を供給する。走査制御シーケンサは、ベクトル・シーケ
ンスに関して、及び音波フレーム収集の同期の選択肢に
関して、ホスト（カーネル８）によってプログラムされ
ている。スキャン・コンバータは、ホストによって定義
されたベクトル・パラメータを走査制御バス１８を介し
て各サブシステムへ同報通信する。
【００２３】主なデータ経路は、トランスデューサ２０
からビームフォーマ２へのアナログＲＦ入力信号から開
始する。ビームフォーマ２は、データをプロセッサ４へ
供給し、ここでこのデータは収集モードに従って処理さ
れる。処理されたデータは、処理済のベクトル（ビー
ム）・データとしてスキャン・コンバータ／表示制御器
６へ供給され、スキャン・コンバータ／表示制御器６
は、処理済のベクトル・データを受け取って、画像用の
ビデオ表示信号をカラー・モニタ２２へ供給する。
からビームフォーマ２へのアナログＲＦ入力信号から開
始する。ビームフォーマ２は、データをプロセッサ４へ
供給し、ここでこのデータは収集モードに従って処理さ
れる。処理されたデータは、処理済のベクトル（ビー
ム）・データとしてスキャン・コンバータ／表示制御器
６へ供給され、スキャン・コンバータ／表示制御器６
は、処理済のベクトル・データを受け取って、画像用の
ビデオ表示信号をカラー・モニタ２２へ供給する。
【００２４】図２は、別個に駆動される複数のトランス
デューサ素子２６で構成されているトランスデューサ・
アレイ２４を含む従来の超音波イメージング・システム
を示している。トランスデューサ素子２６の各々は、送
波器（図示されていない）によって発生されたパルス状
波形によってエネルギを与えられたときに、単位バース
トの超音波エネルギを発生する。被検体から反射されて
トランスデューサ・アレイ２４へ帰投した超音波エネル
ギは、受波を行う各々のトランスデューサ素子２６によ
って電気信号へ変換され、ビームフォーマ２に別個に印
加される。
デューサ素子２６で構成されているトランスデューサ・
アレイ２４を含む従来の超音波イメージング・システム
を示している。トランスデューサ素子２６の各々は、送
波器（図示されていない）によって発生されたパルス状
波形によってエネルギを与えられたときに、単位バース
トの超音波エネルギを発生する。被検体から反射されて
トランスデューサ・アレイ２４へ帰投した超音波エネル
ギは、受波を行う各々のトランスデューサ素子２６によ
って電気信号へ変換され、ビームフォーマ２に別個に印
加される。
【００２５】超音波エネルギの各々のバーストによって
発生されたエコー信号は、超音波ビームに沿って連続し
たレンジに位置する物体から反射したものである。エコ
ー信号は、各々のトランスデューサ素子２６によって別
個に感知され、特定の時間点におけるエコー信号の大き
さが、特定のレンジにおいて生じた反射の量を表す。し
かしながら、超音波を散乱させるサンプル空間と各々の
トランスデューサ素子２６との間の伝播経路に差がある
ので、これらのエコー信号は同時には検出されず、又、
これらのエコー信号の振幅は等しくならない。ビームフ
ォーマ２は、別個のエコー信号を増幅し、その各々に対
して適正な時間遅延を与えると共にこれらを加算して、
サンプル空間から反射された全超音波エネルギを正確に
示す単一のエコー信号を形成する。各々のビームフォー
マ・チャネル２８が、それぞれのトランスデューサ素子
２６からアナログのエコー信号を受信する。
発生されたエコー信号は、超音波ビームに沿って連続し
たレンジに位置する物体から反射したものである。エコ
ー信号は、各々のトランスデューサ素子２６によって別
個に感知され、特定の時間点におけるエコー信号の大き
さが、特定のレンジにおいて生じた反射の量を表す。し
かしながら、超音波を散乱させるサンプル空間と各々の
トランスデューサ素子２６との間の伝播経路に差がある
ので、これらのエコー信号は同時には検出されず、又、
これらのエコー信号の振幅は等しくならない。ビームフ
ォーマ２は、別個のエコー信号を増幅し、その各々に対
して適正な時間遅延を与えると共にこれらを加算して、
サンプル空間から反射された全超音波エネルギを正確に
示す単一のエコー信号を形成する。各々のビームフォー
マ・チャネル２８が、それぞれのトランスデューサ素子
２６からアナログのエコー信号を受信する。
【００２６】各々のトランスデューサ素子２６に入射す
るエコーによって発生される電気信号を同時に合計する
ために、ビームフォーマ・コントローラ３０によって、
各々の別個のビームフォーマ・チャネル２８に時間遅延
が導入される。受波用のビーム時間遅延は、送波遅延と
同じ遅延となる。しかしながら、各々のビームフォーマ
・チャネルの時間遅延はエコーの受波中に絶えず変化し
て、受波されたビームを、エコー信号が発している起点
のレンジの位置に動的に集束させる。ビームフォーマ・
チャネルは又、受波されたパルスをアポダイズすると共
にフィルタ処理するための回路機構（図示されていな
い）を有する。
るエコーによって発生される電気信号を同時に合計する
ために、ビームフォーマ・コントローラ３０によって、
各々の別個のビームフォーマ・チャネル２８に時間遅延
が導入される。受波用のビーム時間遅延は、送波遅延と
同じ遅延となる。しかしながら、各々のビームフォーマ
・チャネルの時間遅延はエコーの受波中に絶えず変化し
て、受波されたビームを、エコー信号が発している起点
のレンジの位置に動的に集束させる。ビームフォーマ・
チャネルは又、受波されたパルスをアポダイズすると共
にフィルタ処理するための回路機構（図示されていな
い）を有する。
【００２７】加算器３２に入る信号は、他のビームフォ
ーマ・チャネル２８の各々からの遅延付き信号と加算さ
れたときに、加算後の信号が、方向制御されたビームに
沿って位置するサンプル空間から反射したエコー信号の
振幅及び位相を示すものとなるように遅延されている。
信号プロセッサ又は検波器３４が、受け取った信号を表
示データへ変換し、Ｂモード（グレイ・スケール）で
は、表示データは、エッジ強調及び対数圧縮等の何らか
の追加処理を施された信号の包絡線となる。スキャン・
コンバータ６（図１）は、検波器３４から表示データを
受け取って、このデータを表示用の所望の画像へ変換す
る。具体的には、スキャン・コンバータ６は、音波画像
データを、極座標（Ｒ，θ）のセクタ・フォーマット又
はデカルト座標のリニア・アレイ・フォーマットから、
ビデオ速度で適当にスケーリングされたデカルト座標の
表示ピクセル・データへ変換する。次いで、これらのス
キャン・コンバート（走査変換）された音波データが表
示のために表示モニタ２２へ供給され、表示モニタ２２
は、信号の包絡線の時間変化する振幅をグレイ・スケー
ルとして画像表示する。
ーマ・チャネル２８の各々からの遅延付き信号と加算さ
れたときに、加算後の信号が、方向制御されたビームに
沿って位置するサンプル空間から反射したエコー信号の
振幅及び位相を示すものとなるように遅延されている。
信号プロセッサ又は検波器３４が、受け取った信号を表
示データへ変換し、Ｂモード（グレイ・スケール）で
は、表示データは、エッジ強調及び対数圧縮等の何らか
の追加処理を施された信号の包絡線となる。スキャン・
コンバータ６（図１）は、検波器３４から表示データを
受け取って、このデータを表示用の所望の画像へ変換す
る。具体的には、スキャン・コンバータ６は、音波画像
データを、極座標（Ｒ，θ）のセクタ・フォーマット又
はデカルト座標のリニア・アレイ・フォーマットから、
ビデオ速度で適当にスケーリングされたデカルト座標の
表示ピクセル・データへ変換する。次いで、これらのス
キャン・コンバート（走査変換）された音波データが表
示のために表示モニタ２２へ供給され、表示モニタ２２
は、信号の包絡線の時間変化する振幅をグレイ・スケー
ルとして画像表示する。
【００２８】典型的な１Ｄのリニア型又はコンベクス型
のトランスデューサ・アレイ及びマルチプレクサを図３
に概略的に示す。ビームフォーマ２（図１）は、１２８
のビームフォーマ・チャネルを有するが、トランスデュ
ーサ・アレイ２４はそれよりも大幅に多い素子（典型的
には１９２乃至２５６）を有している。マルチプレクサ
３６が、１２８までの連続したトランスデューサ素子２
６の任意のセットが同軸ケーブル３８を介してビームフ
ォーマ・チャネル２８に同時に結合することを可能にし
ている。トランスデューサ素子０からトランスデューサ
素子１２７に結合されているスイッチを閉じることによ
り、ビームフォーマ２はトランスデューサ・アレイの左
の端部に結合され、超音波エネルギの集束されたビーム
が送波及び受波されて、画像の対応するエッジについて
のデータを収集することができる。連続した超音波ビー
ムの原点がトランスデューサ・アレイ２４に沿って右方
へ段階的に移動するのに伴って、超音波ビームの原点が
アクティヴ・アパーチャ内の中心に位置するようにアク
ティヴ・アパーチャを移動させると有利になる。アパー
チャを、アレイ内の最も左の端部から右に向かって１素
子ずつ移動させるためには、素子０に結合されているマ
ルチプレクサ・スイッチを開いて、素子１２８に結合さ
れているスイッチを閉じる。これにより、ビームフォー
マ・チャネル０は、左の端部からアクティヴ・アパーチ
ャの右側の端部へ移動し、一方、他のすべてのチャネル
及び素子は前と同様に接続されたままとなっている。時
間遅延及び他のビーム形成パラメータは、この新たなマ
ルチプレクサの状態に対応するようにソフトウェアによ
って変更され、１つ又はこれよりも多い更なる画像ベク
トルが収集される。次いで、素子１に結合されているス
イッチを開いて、素子１２９に結合されているスイッチ
を閉じることにより、アパーチャを更に右へ段階的に移
動させると、マルチプレクサ３６が図３に示す状態にな
る。この方式で、アクティヴ・アパーチャをトランスデ
ューサ・アレイ２４の一方の端部から他方の端部へ順
次、段階的に移動させることができる。代替的には、同
じマルチプレクサ・ハードウェアを用いて、１段階当た
りいくつかのトランスデューサ素子を切り換えることに
より、アレイを横断してより高速にアクティヴ・アパー
チャを走査してもよい。イメージング・モードによって
は、連続したアパーチャを非連続的に選択して、トラン
スデューサ・アレイの左の端部と右の端部との間を前後
にジャンプさせてもよい。
のトランスデューサ・アレイ及びマルチプレクサを図３
に概略的に示す。ビームフォーマ２（図１）は、１２８
のビームフォーマ・チャネルを有するが、トランスデュ
ーサ・アレイ２４はそれよりも大幅に多い素子（典型的
には１９２乃至２５６）を有している。マルチプレクサ
３６が、１２８までの連続したトランスデューサ素子２
６の任意のセットが同軸ケーブル３８を介してビームフ
ォーマ・チャネル２８に同時に結合することを可能にし
ている。トランスデューサ素子０からトランスデューサ
素子１２７に結合されているスイッチを閉じることによ
り、ビームフォーマ２はトランスデューサ・アレイの左
の端部に結合され、超音波エネルギの集束されたビーム
が送波及び受波されて、画像の対応するエッジについて
のデータを収集することができる。連続した超音波ビー
ムの原点がトランスデューサ・アレイ２４に沿って右方
へ段階的に移動するのに伴って、超音波ビームの原点が
アクティヴ・アパーチャ内の中心に位置するようにアク
ティヴ・アパーチャを移動させると有利になる。アパー
チャを、アレイ内の最も左の端部から右に向かって１素
子ずつ移動させるためには、素子０に結合されているマ
ルチプレクサ・スイッチを開いて、素子１２８に結合さ
れているスイッチを閉じる。これにより、ビームフォー
マ・チャネル０は、左の端部からアクティヴ・アパーチ
ャの右側の端部へ移動し、一方、他のすべてのチャネル
及び素子は前と同様に接続されたままとなっている。時
間遅延及び他のビーム形成パラメータは、この新たなマ
ルチプレクサの状態に対応するようにソフトウェアによ
って変更され、１つ又はこれよりも多い更なる画像ベク
トルが収集される。次いで、素子１に結合されているス
イッチを開いて、素子１２９に結合されているスイッチ
を閉じることにより、アパーチャを更に右へ段階的に移
動させると、マルチプレクサ３６が図３に示す状態にな
る。この方式で、アクティヴ・アパーチャをトランスデ
ューサ・アレイ２４の一方の端部から他方の端部へ順
次、段階的に移動させることができる。代替的には、同
じマルチプレクサ・ハードウェアを用いて、１段階当た
りいくつかのトランスデューサ素子を切り換えることに
より、アレイを横断してより高速にアクティヴ・アパー
チャを走査してもよい。イメージング・モードによって
は、連続したアパーチャを非連続的に選択して、トラン
スデューサ・アレイの左の端部と右の端部との間を前後
にジャンプさせてもよい。
【００２９】６行×２４列のトランスデューサ・アレイ
及び１６チャネルのシステム・ビームフォーマによって
１．２５Ｄ及び１．５Ｄのビーム形成を行うためのマル
チプレクサを機能に関して図４〜図８に示す。周辺の文
字（Ａ〜Ｆ）及び数字（０〜２３）はそれぞれ、アレイ
の行及び列を表わす。マトリクス内の数字は、マルチプ
レクサ・スイッチを介して各々のトランスデューサ素子
に結合されるビームフォーマ・チャネル（０〜１５）を
表わす。このアレイは、仰角方向には方向制御されない
ので、すべてのビーム形成が仰角方向の中心線に関して
対称となり、この結果、すべてのトランスデューサ素子
が対を成して結合され、素子の各々の対がアレイの水平
方向の中心線に関して対称となる。アレイを横断して方
位角方向にすべてのアパーチャを走査することができ
る。図７及び図８の１．５Ｄのアパーチャは、この結線
及びマルチプレクサの構成によって達成することが可能
な最大のアパーチャ形状のセットの２つの例である。
及び１６チャネルのシステム・ビームフォーマによって
１．２５Ｄ及び１．５Ｄのビーム形成を行うためのマル
チプレクサを機能に関して図４〜図８に示す。周辺の文
字（Ａ〜Ｆ）及び数字（０〜２３）はそれぞれ、アレイ
の行及び列を表わす。マトリクス内の数字は、マルチプ
レクサ・スイッチを介して各々のトランスデューサ素子
に結合されるビームフォーマ・チャネル（０〜１５）を
表わす。このアレイは、仰角方向には方向制御されない
ので、すべてのビーム形成が仰角方向の中心線に関して
対称となり、この結果、すべてのトランスデューサ素子
が対を成して結合され、素子の各々の対がアレイの水平
方向の中心線に関して対称となる。アレイを横断して方
位角方向にすべてのアパーチャを走査することができ
る。図７及び図８の１．５Ｄのアパーチャは、この結線
及びマルチプレクサの構成によって達成することが可能
な最大のアパーチャ形状のセットの２つの例である。
【００３０】単一行型１Ｄトランスデューサ・アレイの
場合には、図４・図６の行Ｃのマルチプレクサ構成が、
アレイを横断して方位角方向に走査することができるよ
うなＮ個までの素子から成る通常の微小ピッチ・アパー
チャ（図５を参照）、及びアレイ内のすべての素子を含
む対形成した素子のアパーチャ（図６を参照）を提供す
る。
場合には、図４・図６の行Ｃのマルチプレクサ構成が、
アレイを横断して方位角方向に走査することができるよ
うなＮ個までの素子から成る通常の微小ピッチ・アパー
チャ（図５を参照）、及びアレイ内のすべての素子を含
む対形成した素子のアパーチャ（図６を参照）を提供す
る。
【００３１】１．２５Ｄイメージング用のマルチプレク
サ構成を図５及び図６に示す。この構成では、仰角方向
アパーチャは可変であるが、仰角方向ビーム形成は静的
であり（固定されたレンズ又は静的な遅延線によって行
われる）、すべてのシステム・チャネルが方位角方向の
ビーム形成に用いられる。正確なビーム形成のためにア
パーチャの細かいサンプリングが重要であり且つアパー
チャの幅がｆナンバで制限されているようなトランスデ
ューサ付近でのイメージング（即ち、近距離音場）の場
合には、図５のマルチプレクサ構成が用いられる。アレ
イの各々の列において、すべての素子が同じシステム・
ビームフォーマ・チャネルに結合されている。アクティ
ヴ・アパーチャ（影付き）の幅はビームフォーマ・チャ
ネルの数（ここでは、１６）によって制限されている
か、又は１：Ｍの合成開口式イメージングを用いるなら
ばＭ倍に増大させてもよい。アクティヴ・アパーチャの
高さは、中心の２つの行といった小さなものであっても
よいし、アレイの全高といった大きなものであってもよ
い。アパーチャの形状は、図示のように矩形であっても
よく、又は外側の行のいくつかの素子に結合されている
スイッチを開放したままにして、任意の形状（典型的に
は凸形、近似的には楕円形）を有するより小さなアパー
チャを達成してもよい。ビーム形成用の時間遅延がアレ
イの面を横断して比較的急激でなく変動しており且つ低
いｆナンバのアパーチャを達成するためにシステムが有
するビームフォーマ・チャネルよりも多いトランスデュ
ーサ素子が要求されるようなより深い深さ（即ち、遠距
離音場）では、図６のマルチプレクサ構成を用いること
ができる。最大の感度及び分解能を得るために、全アパ
ーチャをアクティヴにする。方位角方向のトランスデュ
ーサ素子の数は、システム・ビームフォーマ・チャネル
の数よりも多いので、いくつかのチャネルが２つの隣接
した素子に結合される。集束に要求される時間遅延は、
ビームの中心からの距離について２次で変化するので、
対形成した素子がアパーチャの中心に位置するように
し、素子を対形成することにより導入される誤差が最大
となるようなアパーチャのエッジにおいては素子当たり
１チャネルという構成が保存される。アパーチャの中心
でのチャネル対素子の割り当ては連続的ではないが、所
要のマルチプレクサ・スイッチの数を最小化するように
選択されている。
サ構成を図５及び図６に示す。この構成では、仰角方向
アパーチャは可変であるが、仰角方向ビーム形成は静的
であり（固定されたレンズ又は静的な遅延線によって行
われる）、すべてのシステム・チャネルが方位角方向の
ビーム形成に用いられる。正確なビーム形成のためにア
パーチャの細かいサンプリングが重要であり且つアパー
チャの幅がｆナンバで制限されているようなトランスデ
ューサ付近でのイメージング（即ち、近距離音場）の場
合には、図５のマルチプレクサ構成が用いられる。アレ
イの各々の列において、すべての素子が同じシステム・
ビームフォーマ・チャネルに結合されている。アクティ
ヴ・アパーチャ（影付き）の幅はビームフォーマ・チャ
ネルの数（ここでは、１６）によって制限されている
か、又は１：Ｍの合成開口式イメージングを用いるなら
ばＭ倍に増大させてもよい。アクティヴ・アパーチャの
高さは、中心の２つの行といった小さなものであっても
よいし、アレイの全高といった大きなものであってもよ
い。アパーチャの形状は、図示のように矩形であっても
よく、又は外側の行のいくつかの素子に結合されている
スイッチを開放したままにして、任意の形状（典型的に
は凸形、近似的には楕円形）を有するより小さなアパー
チャを達成してもよい。ビーム形成用の時間遅延がアレ
イの面を横断して比較的急激でなく変動しており且つ低
いｆナンバのアパーチャを達成するためにシステムが有
するビームフォーマ・チャネルよりも多いトランスデュ
ーサ素子が要求されるようなより深い深さ（即ち、遠距
離音場）では、図６のマルチプレクサ構成を用いること
ができる。最大の感度及び分解能を得るために、全アパ
ーチャをアクティヴにする。方位角方向のトランスデュ
ーサ素子の数は、システム・ビームフォーマ・チャネル
の数よりも多いので、いくつかのチャネルが２つの隣接
した素子に結合される。集束に要求される時間遅延は、
ビームの中心からの距離について２次で変化するので、
対形成した素子がアパーチャの中心に位置するように
し、素子を対形成することにより導入される誤差が最大
となるようなアパーチャのエッジにおいては素子当たり
１チャネルという構成が保存される。アパーチャの中心
でのチャネル対素子の割り当ては連続的ではないが、所
要のマルチプレクサ・スイッチの数を最小化するように
選択されている。
【００３２】１．５Ｄイメージングの場合には、仰角方
向のビーム形成は対称のままである（方向制御なし）
が、動的となる（アパーチャが各々の深さ毎に電子的に
集束される。）。従って、アレイの行の各々の対毎に別
個のビームフォーマ・チャネルが必要となり、アクティ
ヴ・アパーチャは、遥かに浅い深さにおいてチャネルに
制限されるものとなる。トランスデューサの付近の距離
にわたる送波及び受波を行うためには、図７の素子当た
り１チャネルのマルチプレクサ構成が用いられ、又、フ
レーム・レートよりも画質の方に大きな関心があるなら
ば、より深い深さでの合成開口式受波ビーム形成に図７
の構成を用いてもよい。内側のアパーチャ（最も濃い影
付き）は、送波及び近距離音場での受波のためのみに用
いられる。中距離音場では、周囲のアパーチャ（薄い影
付き）及び１：２又は１：３の合成開口式受波ビーム形
成を用いて、低いｆナンバ、鋭い焦点及び高い分解能を
維持してもよい。図８の対形成した素子のマルチプレク
サ構成は、中距離音場及び遠距離音場の画像において、
より高いフレーム・レートでより高い感度及び分解能を
得るためのより大きなアクティヴ・アパーチャを形成す
る。図８は、遠距離音場の１．５Ｄビーム形成及び１：
２合成開口式イメージング用のマルチプレクサ構成を示
している。最高の感度及び分解能を得るために、素子は
方位角方向に対形成される。チャネル対素子の割り当て
は、連続的ではないが、米国特許出願第０９／０２６，
６６０号の規則１及び規則２に合致している。内側のア
パーチャ（濃い影付き）は、送波及び中距離音場での受
波又は高フレーム・レートでの受波に用いられる。遠距
離音場では、周囲のアパーチャ（薄い影つき）及び１：
２の合成開口式イメージングを用いて、低いｆナンバ、
鋭い焦点及び高い分解能を維持してもよい。
向のビーム形成は対称のままである（方向制御なし）
が、動的となる（アパーチャが各々の深さ毎に電子的に
集束される。）。従って、アレイの行の各々の対毎に別
個のビームフォーマ・チャネルが必要となり、アクティ
ヴ・アパーチャは、遥かに浅い深さにおいてチャネルに
制限されるものとなる。トランスデューサの付近の距離
にわたる送波及び受波を行うためには、図７の素子当た
り１チャネルのマルチプレクサ構成が用いられ、又、フ
レーム・レートよりも画質の方に大きな関心があるなら
ば、より深い深さでの合成開口式受波ビーム形成に図７
の構成を用いてもよい。内側のアパーチャ（最も濃い影
付き）は、送波及び近距離音場での受波のためのみに用
いられる。中距離音場では、周囲のアパーチャ（薄い影
付き）及び１：２又は１：３の合成開口式受波ビーム形
成を用いて、低いｆナンバ、鋭い焦点及び高い分解能を
維持してもよい。図８の対形成した素子のマルチプレク
サ構成は、中距離音場及び遠距離音場の画像において、
より高いフレーム・レートでより高い感度及び分解能を
得るためのより大きなアクティヴ・アパーチャを形成す
る。図８は、遠距離音場の１．５Ｄビーム形成及び１：
２合成開口式イメージング用のマルチプレクサ構成を示
している。最高の感度及び分解能を得るために、素子は
方位角方向に対形成される。チャネル対素子の割り当て
は、連続的ではないが、米国特許出願第０９／０２６，
６６０号の規則１及び規則２に合致している。内側のア
パーチャ（濃い影付き）は、送波及び中距離音場での受
波又は高フレーム・レートでの受波に用いられる。遠距
離音場では、周囲のアパーチャ（薄い影つき）及び１：
２の合成開口式イメージングを用いて、低いｆナンバ、
鋭い焦点及び高い分解能を維持してもよい。
【００３３】最適のイメージング性能を得るためには、
１．２５Ｄアパーチャ（図５若しくは図６）を用いる
か、又は、送波時には対形成した素子の１．５Ｄアパー
チャ（図８）及び受波時にはチャネルあたり１素子の
１．５Ｄ合成開口（図７）を用いると望ましかろう。各
々のチャネルに２つ又はこれよりも多い素子が結合した
送波アパーチャは、最適未満のビーム制御性を有し得る
が、小さなＮ素子の１．５Ｄアパーチャよりも大幅に大
きい音波パワーを発生し、透過性及び信号対ノイズ比を
向上させることができる。受信時には、１：Ｍの合成開
口式処理によって、Ｍ×Ｎ素子の１．５Ｄアパーチャに
ついて完全な感度、分解能及びビーム形成精度を達成す
ることが可能になる。この動作のモードの場合には、単
一素子及び対形成した素子の１．２５Ｄ及び１．５Ｄの
動作を支援し且つ様々な構成間で迅速に切り換わること
が可能なマルチプレクサが必須である。
１．２５Ｄアパーチャ（図５若しくは図６）を用いる
か、又は、送波時には対形成した素子の１．５Ｄアパー
チャ（図８）及び受波時にはチャネルあたり１素子の
１．５Ｄ合成開口（図７）を用いると望ましかろう。各
々のチャネルに２つ又はこれよりも多い素子が結合した
送波アパーチャは、最適未満のビーム制御性を有し得る
が、小さなＮ素子の１．５Ｄアパーチャよりも大幅に大
きい音波パワーを発生し、透過性及び信号対ノイズ比を
向上させることができる。受信時には、１：Ｍの合成開
口式処理によって、Ｍ×Ｎ素子の１．５Ｄアパーチャに
ついて完全な感度、分解能及びビーム形成精度を達成す
ることが可能になる。この動作のモードの場合には、単
一素子及び対形成した素子の１．２５Ｄ及び１．５Ｄの
動作を支援し且つ様々な構成間で迅速に切り換わること
が可能なマルチプレクサが必須である。
【００３４】米国特許出願第０９／０２６，６６０号に
開示された設計規則を参照すると、図６及び図８の対形
成したチャネル対素子の割り当ては、規則Ｉ、規則II及
び規則IVに合致する。マルチプレクサは、最小数のスイ
ッチを備えて、トランスデューサ素子からビームフォー
マ・チャネルへの対形成した接続及び対形成していない
接続の両方を支援するように設計される。この結果、対
形成した接続は、連続的にはならず、０、２、１３、１
５、１、３、１２、１４、９、１１、４、６、８、１
０、５、７というチャネル順序で生ずる（他の順序でも
同等の結果を得ることができる。）。すべての行につい
てサイクル長は１６チャネル、即ち３２個の対形成した
素子であり、図示のアレイの幅を上回っている。図８の
１．５Ｄ構成では、行Ｂにおけるチャネルの割り当て
は、行Ａ及び行Ｃにおけるチャネルの割り当てからサイ
クル長の２分の１、即ち、８チャネルずつずれている。
これにより、アクティヴ・アパーチャの寸法及び形状を
決定するときに異なる行を対形成することが可能にな
る。図８の中央の濃い影付きの１６チャネルのアパーチ
ャは、行Ｂと行Ｃとを対にしている。このアパーチャの
形状は、行Ｂを０素子とし、行Ｃを３２素子としたもの
から、各々の行を１６素子としたものに到るいかなるも
のであってもよい（行Ｃよりも行Ｂにおいて多くの素子
を用いることも可能であるが、音波ビームの品質に悪影
響を及ぼす可能性がある。）。薄い影付きの１：２アパ
ーチャの場合には、行Ａ及び行Ｂを対として、行Ｃは３
２素子に固定される（ここでは、アレイのサイズによっ
て２４素子に制限されている。）。これらの対形成、及
び結果として得られる可能な１．５Ｄアパーチャの形状
を表２にまとめる。完全を期すために、表１に、図７の
対形成していないマルチプレクサ構成によって達成可能
な１．５Ｄアパーチャの形状を記載する。
開示された設計規則を参照すると、図６及び図８の対形
成したチャネル対素子の割り当ては、規則Ｉ、規則II及
び規則IVに合致する。マルチプレクサは、最小数のスイ
ッチを備えて、トランスデューサ素子からビームフォー
マ・チャネルへの対形成した接続及び対形成していない
接続の両方を支援するように設計される。この結果、対
形成した接続は、連続的にはならず、０、２、１３、１
５、１、３、１２、１４、９、１１、４、６、８、１
０、５、７というチャネル順序で生ずる（他の順序でも
同等の結果を得ることができる。）。すべての行につい
てサイクル長は１６チャネル、即ち３２個の対形成した
素子であり、図示のアレイの幅を上回っている。図８の
１．５Ｄ構成では、行Ｂにおけるチャネルの割り当て
は、行Ａ及び行Ｃにおけるチャネルの割り当てからサイ
クル長の２分の１、即ち、８チャネルずつずれている。
これにより、アクティヴ・アパーチャの寸法及び形状を
決定するときに異なる行を対形成することが可能にな
る。図８の中央の濃い影付きの１６チャネルのアパーチ
ャは、行Ｂと行Ｃとを対にしている。このアパーチャの
形状は、行Ｂを０素子とし、行Ｃを３２素子としたもの
から、各々の行を１６素子としたものに到るいかなるも
のであってもよい（行Ｃよりも行Ｂにおいて多くの素子
を用いることも可能であるが、音波ビームの品質に悪影
響を及ぼす可能性がある。）。薄い影付きの１：２アパ
ーチャの場合には、行Ａ及び行Ｂを対として、行Ｃは３
２素子に固定される（ここでは、アレイのサイズによっ
て２４素子に制限されている。）。これらの対形成、及
び結果として得られる可能な１．５Ｄアパーチャの形状
を表２にまとめる。完全を期すために、表１に、図７の
対形成していないマルチプレクサ構成によって達成可能
な１．５Ｄアパーチャの形状を記載する。
【００３５】
【表１】
【００３６】
【表２】
【００３７】図４・図８は、６行×２４列のトランスデ
ューサ・アレイ及び１６チャネルのビームフォーマを示
しているが、同じ設計原理が、６４チャネル又は１２８
チャネルのビームフォーマ、及び６、８又はこれよりも
多い行と、１２８、１９２又はこれよりも多い列との素
子を有するアレイに適用され得ることが理解されよう。
ューサ・アレイ及び１６チャネルのビームフォーマを示
しているが、同じ設計原理が、６４チャネル又は１２８
チャネルのビームフォーマ、及び６、８又はこれよりも
多い行と、１２８、１９２又はこれよりも多い列との素
子を有するアレイに適用され得ることが理解されよう。
【００３８】６行×２４列のトランスデューサ・アレイ
及び３２チャネルのシステム・ビームフォーマによって
１．２５Ｄ及び１．７５Ｄのビーム形成を行うためのマ
ルチプレクサ構成を図９〜図１３に示す。図９〜図１３
には示していないが、アレイの全幅にわたって伸びる単
一行のアパーチャも、このマルチプレクサ構成によって
可能である。このアレイは、仰角方向に結線した対称性
を有していないので、マルチプレクサは、アレイを横断
してすべてのアパーチャを方位角（水平）方向にも仰角
（垂直）方向にも走査し得るように設計される。周辺の
文字（Ａ〜Ｆ）及び数字（０〜２３）はそれぞれ、アレ
イの行及び列を表わす。マトリクス内の数字は、マルチ
プレクサ・スイッチを介して各々のトランスデューサ素
子に接続されるビームフォーマ・チャネル（０〜３１）
を表わす。各々のトランスデューサ素子は、１つ又は２
つのマルチプレクサ・スイッチに独立に結合されてお
り、アクティヴ・アパーチャ又はビーム形成がアレイの
水平方向の中心線に関して対称でなければならないとい
った制約は存在しない。図９は、すべての素子につい
て、可能なすべてのチャネル接続の完全な一覧を示して
いる。
及び３２チャネルのシステム・ビームフォーマによって
１．２５Ｄ及び１．７５Ｄのビーム形成を行うためのマ
ルチプレクサ構成を図９〜図１３に示す。図９〜図１３
には示していないが、アレイの全幅にわたって伸びる単
一行のアパーチャも、このマルチプレクサ構成によって
可能である。このアレイは、仰角方向に結線した対称性
を有していないので、マルチプレクサは、アレイを横断
してすべてのアパーチャを方位角（水平）方向にも仰角
（垂直）方向にも走査し得るように設計される。周辺の
文字（Ａ〜Ｆ）及び数字（０〜２３）はそれぞれ、アレ
イの行及び列を表わす。マトリクス内の数字は、マルチ
プレクサ・スイッチを介して各々のトランスデューサ素
子に接続されるビームフォーマ・チャネル（０〜３１）
を表わす。各々のトランスデューサ素子は、１つ又は２
つのマルチプレクサ・スイッチに独立に結合されてお
り、アクティヴ・アパーチャ又はビーム形成がアレイの
水平方向の中心線に関して対称でなければならないとい
った制約は存在しない。図９は、すべての素子につい
て、可能なすべてのチャネル接続の完全な一覧を示して
いる。
【００３９】米国特許出願第０９／０２６，６６０号の
設計規則を参照すると、図９のチャネル対素子の割り当
ては、すべての行について左から右へ増大している（規
則１）。第１のサイクル長は３２であり、システム・ビ
ームフォーマ・チャネルの数に等しい。各々の行の素子
の一部に対する第２のチャネル接続は、１次的なチャネ
ル接続からサイクル長の２分の１ずつずれており（規則
４）、行Ａ、Ｄ及びＥのうち任意のものが共に対形成す
ることを可能にしており（規則２）、又、行Ｂ、Ｃ及び
Ｆのうち任意のものについても同様である。行Ａ、Ｄ及
びＥでのチャネルの割り当ては、行Ｂ、Ｃ及びＦでのチ
ャネルの割り当てからサイクル長の４分の１ずつずれて
おり（規則３）、方位角方向にも仰角方向にも走査する
ことが可能な連続的な４行、３２素子の１．７５Ｄのア
パーチャの形成を可能にしている（図１１参照）。
設計規則を参照すると、図９のチャネル対素子の割り当
ては、すべての行について左から右へ増大している（規
則１）。第１のサイクル長は３２であり、システム・ビ
ームフォーマ・チャネルの数に等しい。各々の行の素子
の一部に対する第２のチャネル接続は、１次的なチャネ
ル接続からサイクル長の２分の１ずつずれており（規則
４）、行Ａ、Ｄ及びＥのうち任意のものが共に対形成す
ることを可能にしており（規則２）、又、行Ｂ、Ｃ及び
Ｆのうち任意のものについても同様である。行Ａ、Ｄ及
びＥでのチャネルの割り当ては、行Ｂ、Ｃ及びＦでのチ
ャネルの割り当てからサイクル長の４分の１ずつずれて
おり（規則３）、方位角方向にも仰角方向にも走査する
ことが可能な連続的な４行、３２素子の１．７５Ｄのア
パーチャの形成を可能にしている（図１１参照）。
【００４０】図１０は、１．２５Ｄイメージング用のマ
ルチプレクサ構成を示している。アレイの各々の列にお
いて、同一のビーム形成パラメータによってプログラム
されている１対のシステム・チャネルの一方又は他方に
すべての素子が接続されている。この対形成のため、ア
クティヴ・アパーチャ（影付き）の任意の行の素子の最
大数は、システム・チャネルの数の２分の１となってい
る（ここでは、Ｎ／２＝１６）。このアクティヴ幅は、
１：Ｍの合成開口式イメージングを用いるならば、Ｍ倍
に増大させてもよい。アクティヴ・アパーチャの高さ
は、１行といった小さなものであってもよいし、アレイ
の全高といった大きなものであってもよい。アパーチャ
の形状は、図示のように矩形であってもよく、又は外側
の行のいくつかの素子に接続されているスイッチを開放
したままにして、任意の形状（典型的には凸形、近似的
には楕円形）を有するより小さなアパーチャを達成して
もよい。
ルチプレクサ構成を示している。アレイの各々の列にお
いて、同一のビーム形成パラメータによってプログラム
されている１対のシステム・チャネルの一方又は他方に
すべての素子が接続されている。この対形成のため、ア
クティヴ・アパーチャ（影付き）の任意の行の素子の最
大数は、システム・チャネルの数の２分の１となってい
る（ここでは、Ｎ／２＝１６）。このアクティヴ幅は、
１：Ｍの合成開口式イメージングを用いるならば、Ｍ倍
に増大させてもよい。アクティヴ・アパーチャの高さ
は、１行といった小さなものであってもよいし、アレイ
の全高といった大きなものであってもよい。アパーチャ
の形状は、図示のように矩形であってもよく、又は外側
の行のいくつかの素子に接続されているスイッチを開放
したままにして、任意の形状（典型的には凸形、近似的
には楕円形）を有するより小さなアパーチャを達成して
もよい。
【００４１】図１１は、近距離音場での１．７５Ｄイメ
ージング用のアパーチャの例を示している。可能なアパ
ーチャは、１行当たりｍ個、（Ｎ／２−L ）個、（Ｎ／
２−ｍ）個及びL 個の素子を有する。ここでは、濃い影
付きのアパーチャについてはＮ＝３２、ｍ＝L ＝８であ
り、薄い影付きのアパーチャについてはｍ＝L ＝５であ
る。仰角方向に結線した対称性が存在しないので、すべ
てのアパーチャを方位角（水平）方向にも仰角（垂直）
方向にも走査することができる。各々のアパーチャ内で
は、閉じられたマルチプレクサ・スイッチのみが示され
ている。
ージング用のアパーチャの例を示している。可能なアパ
ーチャは、１行当たりｍ個、（Ｎ／２−L ）個、（Ｎ／
２−ｍ）個及びL 個の素子を有する。ここでは、濃い影
付きのアパーチャについてはＮ＝３２、ｍ＝L ＝８であ
り、薄い影付きのアパーチャについてはｍ＝L ＝５であ
る。仰角方向に結線した対称性が存在しないので、すべ
てのアパーチャを方位角（水平）方向にも仰角（垂直）
方向にも走査することができる。各々のアパーチャ内で
は、閉じられたマルチプレクサ・スイッチのみが示され
ている。
【００４２】図１２は、遠距離音場での１．７５Ｄイメ
ージング用のアパーチャの例を示している。行Ｂ及び行
Ｃにおける素子、並びに行Ｄ及び行Ｅにおける素子は、
共に接続されており、遠距離音場での最大の透過性及び
分解能を得るために完全な６行の仰角を用いることを可
能にしている。可能なアパーチャは、１行当たりｍ個、
（Ｎ／２−ｍ）個、（Ｎ／２−ｍ）個、（Ｎ／２−L ）
個、（Ｎ／２−L ）個及びL 個の素子を有する。ここで
は、薄い影付きのアパーチャについてはＮ＝３２、ｍ＝
L ＝８であり、濃い影付きのアパーチャについてはｍ＝
L ＝６である。すべてのアパーチャを方位角（水平）方
向に走査することができる。各々のアパーチャ内では、
閉じられたマルチプレクサ・スイッチのみが示されてい
る。
ージング用のアパーチャの例を示している。行Ｂ及び行
Ｃにおける素子、並びに行Ｄ及び行Ｅにおける素子は、
共に接続されており、遠距離音場での最大の透過性及び
分解能を得るために完全な６行の仰角を用いることを可
能にしている。可能なアパーチャは、１行当たりｍ個、
（Ｎ／２−ｍ）個、（Ｎ／２−ｍ）個、（Ｎ／２−L ）
個、（Ｎ／２−L ）個及びL 個の素子を有する。ここで
は、薄い影付きのアパーチャについてはＮ＝３２、ｍ＝
L ＝８であり、濃い影付きのアパーチャについてはｍ＝
L ＝６である。すべてのアパーチャを方位角（水平）方
向に走査することができる。各々のアパーチャ内では、
閉じられたマルチプレクサ・スイッチのみが示されてい
る。
【００４３】図１３は、１．７５Ｄのビーム形成及び
１：４の合成開口式イメージング用のマルチプレクサ構
成を示している。近距離音場では、内側のアパーチャ
（濃い影付き）のみが用いられる。中距離音場及び遠距
離音場では、周囲のアパーチャ（／／／ハッチング、薄
い影付き、＼＼＼ハッチング）及び１：２乃至１：４の
合成開口式イメージングを用いて、低いｆナンバ、鋭い
焦点及び高い分解能を維持することができる。
１：４の合成開口式イメージング用のマルチプレクサ構
成を示している。近距離音場では、内側のアパーチャ
（濃い影付き）のみが用いられる。中距離音場及び遠距
離音場では、周囲のアパーチャ（／／／ハッチング、薄
い影付き、＼＼＼ハッチング）及び１：２乃至１：４の
合成開口式イメージングを用いて、低いｆナンバ、鋭い
焦点及び高い分解能を維持することができる。
【００４４】米国特許出願第０９／０２６，６６０の図
７・図１０に示されているマルチプレクサから本明細書
の図９〜図１３に示すマルチプレクサへの変更の中に、
行Ｃ及び行Ｄに対するチャネルの割り当てが交換されて
おり、２つのシステム・チャネルのそれぞれに対して行
Ｂ及び行Ｅのすべての素子を接続するためのスイッチが
加えられていることがある。行Ｃ及び行Ｄを交換する
と、（Ｎ／２＝）１６素子の１．５Ｄアパーチャ（近距
離音場で主に有用）によって３行を形成する能力が消失
するが、更なるスイッチを加えることにより、６行の対
形成した素子による１．７５Ｄアパーチャ（図１２）を
用いることが可能になり、遠距離音場での送波性能及び
高フレーム・レート性能をよりよくすることができる。
７・図１０に示されているマルチプレクサから本明細書
の図９〜図１３に示すマルチプレクサへの変更の中に、
行Ｃ及び行Ｄに対するチャネルの割り当てが交換されて
おり、２つのシステム・チャネルのそれぞれに対して行
Ｂ及び行Ｅのすべての素子を接続するためのスイッチが
加えられていることがある。行Ｃ及び行Ｄを交換する
と、（Ｎ／２＝）１６素子の１．５Ｄアパーチャ（近距
離音場で主に有用）によって３行を形成する能力が消失
するが、更なるスイッチを加えることにより、６行の対
形成した素子による１．７５Ｄアパーチャ（図１２）を
用いることが可能になり、遠距離音場での送波性能及び
高フレーム・レート性能をよりよくすることができる。
【００４５】表３は、図１３に示す１．７５Ｄアパーチ
ャ形状をまとめたものである。図９〜図１３は、６行×
２４列のトランスデューサ・アレイ及び３２チャネルの
ビームフォーマを示しているが、同じ設計原理が、６４
チャネル又は１２８チャネルのビームフォーマ、及び
６、８又はこれよりも多い行と、１２８、１９２又はこ
れよりも多い列との素子を有するアレイに適用され得る
ことが理解されよう。
ャ形状をまとめたものである。図９〜図１３は、６行×
２４列のトランスデューサ・アレイ及び３２チャネルの
ビームフォーマを示しているが、同じ設計原理が、６４
チャネル又は１２８チャネルのビームフォーマ、及び
６、８又はこれよりも多い行と、１２８、１９２又はこ
れよりも多い列との素子を有するアレイに適用され得る
ことが理解されよう。
【００４６】
【表３】
【００４７】図９のマルチプレクサ構成は、米国特許出
願第０９／０２６，６６０号の図７〜図１０に示されて
いるモジュール式ハードウェアによって実現することが
できる。各々のシステム・チャネルを、方位角方向に隣
接した素子の各対に接続することが可能な図４のマルチ
プレクサ構成は、図１６及び図１７に示すより複雑なマ
ルチプレクサ・ボード並びに図１５に示す対称性を有す
るバックプレインを必要とする。
願第０９／０２６，６６０号の図７〜図１０に示されて
いるモジュール式ハードウェアによって実現することが
できる。各々のシステム・チャネルを、方位角方向に隣
接した素子の各対に接続することが可能な図４のマルチ
プレクサ構成は、図１６及び図１７に示すより複雑なマ
ルチプレクサ・ボード並びに図１５に示す対称性を有す
るバックプレインを必要とする。
【００４８】図９のマルチプレクサ構成は、１．２５Ｄ
及び１．７５Ｄのビーム形成、送波パワーを増大させる
ために仰角方向に対形成した素子、１：Ｍの合成開口式
イメージング、並びに方位角方向及び仰角方向に走査す
ることが可能なアパーチャを支援している。図４及び図
１５〜図１７のマルチプレクサ構成は、方位角方向にお
いて隣接した素子を共に接続することにより、プローブ
のアクティヴ・アパーチャを増大させる手段を提供す
る。
及び１．７５Ｄのビーム形成、送波パワーを増大させる
ために仰角方向に対形成した素子、１：Ｍの合成開口式
イメージング、並びに方位角方向及び仰角方向に走査す
ることが可能なアパーチャを支援している。図４及び図
１５〜図１７のマルチプレクサ構成は、方位角方向にお
いて隣接した素子を共に接続することにより、プローブ
のアクティヴ・アパーチャを増大させる手段を提供す
る。
【００４９】前述した図４のマルチプレクサ構成を可能
にするモジュール式ハードウェア設計を図１４〜図１７
に示す。図示の構成は、１２８チャネルのビームフォー
マ用のものである。図１４に示すように、システム・コ
ンソール・コネクタ４０が、４つの四半部に分割されて
おり、ビームフォーマ２の１２８のチャネルのための接
続が、図示のように各四半部に分配されている。マルチ
プレクサは、ＭＵＸステート（MUX State）と呼ばれる
パラメータによって制御され、このパラメータは、マス
タ・コントローラ１２によって送信されて、システム・
コンソール・コネクタ４０上の線を制御する。ＭＵＸス
テート・パラメータは、マスタ・コントローラに記憶さ
れているトランスデューサ・マルチプレクサ制御プログ
ラムに従って発生される。
にするモジュール式ハードウェア設計を図１４〜図１７
に示す。図示の構成は、１２８チャネルのビームフォー
マ用のものである。図１４に示すように、システム・コ
ンソール・コネクタ４０が、４つの四半部に分割されて
おり、ビームフォーマ２の１２８のチャネルのための接
続が、図示のように各四半部に分配されている。マルチ
プレクサは、ＭＵＸステート（MUX State）と呼ばれる
パラメータによって制御され、このパラメータは、マス
タ・コントローラ１２によって送信されて、システム・
コンソール・コネクタ４０上の線を制御する。ＭＵＸス
テート・パラメータは、マスタ・コントローラに記憶さ
れているトランスデューサ・マルチプレクサ制御プログ
ラムに従って発生される。
【００５０】図１５に示すマルチプレクサ・バックプレ
イン又はマザーボード４２が、システム・コンソール・
コネクタ４０（図１４）上に装着されている。バックプ
レインの各々の四半部は、マルチプレクサ・カード４６
（図１４）用の２つ又はこれよりも多い（ここでは、４
つ）同一のソケット４４を収容しており、各ソケット４
４は、並列に共に接続され且つコンソール・コネクタ４
０の対応する四半部に接続されている。マルチプレクサ
・カード・ソケットの配向キーが、黒い三角形で示され
ている。コンソール・コネクタ及びマルチプレクサ・バ
ックプレインの各四半部に対するシステム・チャネルの
割り当て、並びにバックプレイン上でのマルチプレクサ
・カード・ソケットの位置は、端部を並べた状態で（en
d-to-end）整列しているソケット同士が、マルチプレク
サのサイクル長の２分の１ずつ（ここでは、１２８／２
＝６４ずつ）異なるシステム・チャネルに接続されるよ
うに構成されている。マルチプレクサ制御ボード４８が
コンソール・コネクタ上の制御線に結合されており、
又、各々のマルチプレクサ・カード・ソケットへの別個
の（並列でない）制御線に結合されている。制御ボード
４８は、マスタ・コントローラから簡潔なＭＵＸステー
ト・コマンドを受け取り、オン・ボード・メモリ５０
（即ち、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）又は電子消去可
能プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯ
Ｍ））に記憶されているデータを用いて、各々のマルチ
プレクサ・カード４６上の各々のスイッチを、コマンド
に指定されているマルチプレクサ状態に要求される開い
た位置又は閉じた位置に設定する。
イン又はマザーボード４２が、システム・コンソール・
コネクタ４０（図１４）上に装着されている。バックプ
レインの各々の四半部は、マルチプレクサ・カード４６
（図１４）用の２つ又はこれよりも多い（ここでは、４
つ）同一のソケット４４を収容しており、各ソケット４
４は、並列に共に接続され且つコンソール・コネクタ４
０の対応する四半部に接続されている。マルチプレクサ
・カード・ソケットの配向キーが、黒い三角形で示され
ている。コンソール・コネクタ及びマルチプレクサ・バ
ックプレインの各四半部に対するシステム・チャネルの
割り当て、並びにバックプレイン上でのマルチプレクサ
・カード・ソケットの位置は、端部を並べた状態で（en
d-to-end）整列しているソケット同士が、マルチプレク
サのサイクル長の２分の１ずつ（ここでは、１２８／２
＝６４ずつ）異なるシステム・チャネルに接続されるよ
うに構成されている。マルチプレクサ制御ボード４８が
コンソール・コネクタ上の制御線に結合されており、
又、各々のマルチプレクサ・カード・ソケットへの別個
の（並列でない）制御線に結合されている。制御ボード
４８は、マスタ・コントローラから簡潔なＭＵＸステー
ト・コマンドを受け取り、オン・ボード・メモリ５０
（即ち、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）又は電子消去可
能プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯ
Ｍ））に記憶されているデータを用いて、各々のマルチ
プレクサ・カード４６上の各々のスイッチを、コマンド
に指定されているマルチプレクサ状態に要求される開い
た位置又は閉じた位置に設定する。
【００５１】図１６及び図１７は、図１５に示すマルチ
プレクサ・バックプレイン上のソケットにプラグ・イン
されるマルチプレクサ・カードの異なる好ましい実施例
を示す概略図である。各々のカードは、個別に制御可能
なスイッチ５２のセットを収容しており、これらのスイ
ッチ５２は、トランスデューサ素子（カードの下端）か
らの同軸リード５４を、マルチプレクサ・バックプレイ
ン上のソケットにプラグ・インされるコネクタ５６（カ
ードの上端）を介して、特定のシステム・ビームフォー
マ・チャネルに接続することができる。コネクタの配向
キーが、黒い三角形で示されている。図１６は、３２の
同軸リードを３２のシステム・チャネルに接続する単幅
マルチプレクサ・カード４６ａを示す。偶数番号のトラ
ンスデューサ素子はそれぞれ、１つのシステム・チャネ
ルに接続する。奇数番号の素子は、２つのシステム・チ
ャネルのいずれかに接続する。図１７は、３２の同軸リ
ードを６４のシステム・チャネルに接続する２倍幅マル
チプレクサ・カード４６ｂを示す。各々のトランスデュ
ーサ素子が、３つのシステム・チャネルのうち任意のも
のに接続することができる。このカード上のコネクタ及
びバックプレイン上のコネクタは、カードが２つの配向
のいずれでもバックプレインに挿入可能となるように構
成されている。これにより、図１６及び図１７に示す２
つの形式のボードのみによって、図４に示す構成の１２
８チャネルの変形においてすべての素子対チャネル接続
を達成することが可能になる。
プレクサ・バックプレイン上のソケットにプラグ・イン
されるマルチプレクサ・カードの異なる好ましい実施例
を示す概略図である。各々のカードは、個別に制御可能
なスイッチ５２のセットを収容しており、これらのスイ
ッチ５２は、トランスデューサ素子（カードの下端）か
らの同軸リード５４を、マルチプレクサ・バックプレイ
ン上のソケットにプラグ・インされるコネクタ５６（カ
ードの上端）を介して、特定のシステム・ビームフォー
マ・チャネルに接続することができる。コネクタの配向
キーが、黒い三角形で示されている。図１６は、３２の
同軸リードを３２のシステム・チャネルに接続する単幅
マルチプレクサ・カード４６ａを示す。偶数番号のトラ
ンスデューサ素子はそれぞれ、１つのシステム・チャネ
ルに接続する。奇数番号の素子は、２つのシステム・チ
ャネルのいずれかに接続する。図１７は、３２の同軸リ
ードを６４のシステム・チャネルに接続する２倍幅マル
チプレクサ・カード４６ｂを示す。各々のトランスデュ
ーサ素子が、３つのシステム・チャネルのうち任意のも
のに接続することができる。このカード上のコネクタ及
びバックプレイン上のコネクタは、カードが２つの配向
のいずれでもバックプレインに挿入可能となるように構
成されている。これにより、図１６及び図１７に示す２
つの形式のボードのみによって、図４に示す構成の１２
８チャネルの変形においてすべての素子対チャネル接続
を達成することが可能になる。
【００５２】医用超音波を参照して記載してきたが、こ
こに開示した概念は、非破壊試験及びソナーにも適用可
能である。
こに開示した概念は、非破壊試験及びソナーにも適用可
能である。
【００５３】本発明の好ましいいくつかの特徴のみを図
解すると共に記述したが、当業者には、多くの改変及び
変形が想到されよう。従って、本発明の要旨に含まれる
ようなすべての改変及び変形は、特許請求の範囲に包含
されているものと理解されたい。
解すると共に記述したが、当業者には、多くの改変及び
変形が想到されよう。従って、本発明の要旨に含まれる
ようなすべての改変及び変形は、特許請求の範囲に包含
されているものと理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が組み込まれる超音波イメージング・シ
ステムのブロック図である。
ステムのブロック図である。
【図２】従来の超音波イメージング・システムにおける
典型的な１２８チャネルのビームフォーマのブロック図
である。
典型的な１２８チャネルのビームフォーマのブロック図
である。
【図３】マルチプレクサが、１セットのビームフォーマ
・チャネルと、ビームフォーマ・チャネルの数よりも多
い数の素子を有する１Ｄトランスデューサ・アレイとの
間に結合されている従来の構成の概略図である。
・チャネルと、ビームフォーマ・チャネルの数よりも多
い数の素子を有する１Ｄトランスデューサ・アレイとの
間に結合されている従来の構成の概略図である。
【図４】本発明の好ましい一実施例に従って、１．２５
Ｄイメージング及び１．５Ｄイメージング用に１６チャ
ネルのビームフォーマへの電気的接続を備えた６行×２
４列のトランスデューサ・アレイの概略図である。
Ｄイメージング及び１．５Ｄイメージング用に１６チャ
ネルのビームフォーマへの電気的接続を備えた６行×２
４列のトランスデューサ・アレイの概略図である。
【図５】図４に示すアレイと共に用いられるマルチプレ
クサ構成の概略図であって、近距離音場での１．２５Ｄ
イメージング用の構成の概略図である。
クサ構成の概略図であって、近距離音場での１．２５Ｄ
イメージング用の構成の概略図である。
【図６】図４に示すアレイと共に用いられるマルチプレ
クサ構成の概略図であって、遠距離音場での１．２５Ｄ
イメージング用の構成の概略図である。
クサ構成の概略図であって、遠距離音場での１．２５Ｄ
イメージング用の構成の概略図である。
【図７】図４に示すアレイと共に用いられるマルチプレ
クサ構成の概略図であって、近距離音場での１．５Ｄビ
ーム形成及び１：３合成開口式イメージング用の構成の
概略図である。
クサ構成の概略図であって、近距離音場での１．５Ｄビ
ーム形成及び１：３合成開口式イメージング用の構成の
概略図である。
【図８】図４に示すアレイと共に用いられるマルチプレ
クサ構成の概略図であって、遠距離音場での１．５Ｄビ
ーム形成及び１：２合成開口式イメージング用の構成の
概略図である。
クサ構成の概略図であって、遠距離音場での１．５Ｄビ
ーム形成及び１：２合成開口式イメージング用の構成の
概略図である。
【図９】本発明のもう１つの好ましい実施例に従って、
１．２５Ｄイメージング及び１．７５Ｄイメージング用
に３２チャネルのビームフォーマへの電気的接続を備え
た６行×２４列のトランスデューサ・アレイの概略図で
ある。
１．２５Ｄイメージング及び１．７５Ｄイメージング用
に３２チャネルのビームフォーマへの電気的接続を備え
た６行×２４列のトランスデューサ・アレイの概略図で
ある。
【図１０】１．２５Ｄイメージング用に図９に示すアレ
イと共に用いられるマルチプレクサ構成の概略図であ
る。
イと共に用いられるマルチプレクサ構成の概略図であ
る。
【図１１】近距離音場での１．７５Ｄイメージング用に
図９に示すアレイと共に用いられる例示的なアパーチャ
の概略図である。
図９に示すアレイと共に用いられる例示的なアパーチャ
の概略図である。
【図１２】遠距離音場での１．７５Ｄイメージング用に
図９に示すアレイと共に用いられる例示的なアパーチャ
の概略図である。
図９に示すアレイと共に用いられる例示的なアパーチャ
の概略図である。
【図１３】１．７５Ｄイメージング及び１：４の合成開
口式イメージング用に図９に示すアレイと共に用いられ
るマルチプレクサ構成の概略図である。
口式イメージング用に図９に示すアレイと共に用いられ
るマルチプレクサ構成の概略図である。
【図１４】本発明の好ましい実施例によるモジュール式
マルチプレクサを組み込んだ超音波イメージング・シス
テムの一部を示すブロック線図である。
マルチプレクサを組み込んだ超音波イメージング・シス
テムの一部を示すブロック線図である。
【図１５】図１４に示すバックプレイン又はマザーボー
ドの概略図である。
ドの概略図である。
【図１６】図１５に示すマルチプレクサ・マザーボード
上のソケットにプラグ・インされるマルチプレクサ・カ
ードの異なる好ましい実施例の概略図である。
上のソケットにプラグ・インされるマルチプレクサ・カ
ードの異なる好ましい実施例の概略図である。
【図１７】図１５に示すマルチプレクサ・マザーボード
上のソケットにプラグ・インされるマルチプレクサ・カ
ードの異なる好ましい実施例の概略図である。
上のソケットにプラグ・インされるマルチプレクサ・カ
ードの異なる好ましい実施例の概略図である。
Claims (21)
- 【請求項１】 各行がそれぞれの多数の前記トランスデ
ューサ素子を含んでいる第１及び第２の行を成すトラン
スデューサ素子で構成されているトランスデューサ・ア
レイと、 所定のサイクル長を形成するように連続して番号付けさ
れた多数のビームフォーマ・チャネルを含んでいるビー
ムフォーマと、 前記第１及び第２の行の前記トランスデューサ素子と前
記ビームフォーマ・チャネルとの間でイメージング・デ
ータを多重化する多数のスイッチと、 マルチプレクサ状態コマンドの受信に応答して前記スイ
ッチを選択的に構成するコントローラとを備えており、 ビームフォーマ・チャネル対トランスデューサ素子の割
り当てが、第１のマルチプレクサ状態においては、前記
第１の行において第１のサブセットを成すトランスデュ
ーサ素子及び前記第２の行において第１のサブセットを
成すトランスデューサ素子が前記ビームフォーマ・チャ
ネルに１対１の関係で切り換え自在に結合されて第１の
アパーチャの一部を形成することができ、また第２のマ
ルチプレクサ状態においては、前記第１の行において第
２のサブセットを成すトランスデューサ素子及び前記第
２の行において第２のサブセットを成すトランスデュー
サ素子が前記ビームフォーマ・チャネルに２対１の関係
で切り換え自在に接続され、且つ前記第１及び第２の行
の各行において方位角方向に隣接したトランスデューサ
素子の対が同じそれぞれのビームフォーマ・チャネルに
接続されて第２のアパーチャの一部を形成することがで
きるように構成されている、トランスデューサを多重化
する装置。 - 【請求項２】 前記ビームフォーマ対トランスデューサ
素子の割り当ては、前記第１及び第２のアパーチャの前
記一部が、前記第１のアパーチャの前記一部のトランス
デューサ素子と前記ビームフォーマ・チャネルとの間の
前記１対１の対応を維持すると共に、前記第２のアパー
チャの前記一部のトランスデューサ素子と前記ビームフ
ォーマ・チャネルとの間の前記２対１の対応を維持しな
がら、前記コントローラ及び前記スイッチの動作により
方位角方向に走査されることを可能にするように構成さ
れている請求項１に記載の装置。 - 【請求項３】 前記スイッチは、前記第１の行の前記ト
ランスデューサ素子の各々を前記コントローラにより１
つ又は２つのいずれかのビームフォーマ・チャネルに切
り換え自在に結合することを可能にし、前記第２の行の
前記トランスデューサ素子の各々を前記コントローラに
より２つ又は３つのいずれかのビームフォーマ・チャネ
ルに切り換え自在に結合することを可能にするように構
成されている請求項１に記載の装置。 - 【請求項４】 前記トランスデューサ・アレイは、前記
第１の行のトランスデューサ素子と同じビームフォーマ
・チャネル対トランスデューサ素子の割り当てを有する
第３の行を成すトランスデューサ素子を更に含んでいる
請求項１に記載の装置。 - 【請求項５】 前記第２の行についてのビームフォーマ
・チャネル対トランスデューサ素子の割り当ては、連続
的であり同じ順序及びサイクル長を有するが該サイクル
長の２分の１ずつ互いにずれている第１及び第２のセッ
トを成すチャネル割り当てを含んでいる請求項１に記載
の装置。 - 【請求項６】 前記第２の行についてのビームフォーマ
・チャネル対トランスデューサ素子の割り当ては、連続
的でない第３のセットを成すチャネル割り当てを更に含
んでいる請求項５に記載の装置。 - 【請求項７】 前記第１の行についてのビームフォーマ
・チャネル対トランスデューサ素子の割り当ては、第１
のセットを成すチャネル割り当てを含んでいる請求項１
に記載の装置。 - 【請求項８】 第１乃至第４の行を成すトランスデュー
サ素子を含んでいて、該第１乃至第４の行の各行がそれ
ぞれの多数の前記トランスデューサ素子を含んでいるト
ランスデューサ・アレイと、 所定のサイクル長を形成するように連続して番号付けさ
れた多数のビームフォーマ・チャネルを含んでいるビー
ムフォーマと、 前記第１乃至第４の行の前記トランスデューサ素子と前
記ビームフォーマ・チャネルとの間でイメージング・デ
ータを多重化する多数のスイッチと、 マルチプレクサ状態コマンドの受信に応答して前記スイ
ッチを選択的に構成するコントローラとを備えた装置で
あって、 前記第１乃至第４の行の各行についてのビームフォーマ
・チャネル対トランスデューサ素子の割り当てが、同一
の順序及びサイクル長を有するが該サイクル長の４分の
１ずつ互いにずれている第１乃至第４のセットを成す連
続的なチャネル割り当てを含んでおり、第１のマルチプ
レクサ状態においては、前記第１乃至第４の行の各行に
おいてそれぞれのサブセットを成すトランスデューサ素
子が前記ビームフォーマ・チャネルに１対１の関係で切
り換え自在に結合して第１のアパーチャを形成すること
を可能にした前記装置。 - 【請求項９】 前記ビームフォーマ対トランスデューサ
素子の割り当ては、前記第１のアパーチャが、前記第１
のアパーチャのトランスデューサ素子と前記ビームフォ
ーマ・チャネルとの間の前記１対１の対応を維持しなが
ら、前記コントローラ及び前記スイッチの動作により方
位角方向に走査されることを可能にするように構成され
ている請求項８に記載の装置。 - 【請求項１０】 前記トランスデューサ・アレイは、第
５及び第６の行を成すトランスデューサ素子を更に含ん
でおり、前記第１乃至第６の行についての前記ビームフ
ォーマ・チャネル対トランスデューサ素子の割り当て
は、前記第１のアパーチャが、前記第１のアパーチャの
トランスデューサ素子と前記ビームフォーマ・チャネル
との間の前記１対１の対応を維持しながら、前記コント
ローラ及び前記スイッチの動作により仰角方向に走査さ
れることを可能にするように構成されている請求項９に
記載の装置。 - 【請求項１１】 第２のマルチプレクサ状態において、
前記第２及び第３の行の各行においてそれぞれのサブセ
ットを成すトランスデューサ素子が前記ビームフォーマ
・チャネルに２対１の関係で切り換え自在に結合され、
前記第２及び第３の行において仰角方向に隣接したトラ
ンスデューサ素子の対が第１のセットを成すビームフォ
ーマ・チャネルのそれぞれのビームフォーマ・チャネル
に結合されている状態で、第２のアパーチャの第１の部
分を形成することができる請求項８に記載の装置。 - 【請求項１２】 前記トランスデューサ・アレイは、第
５及び第６の行を成すトランスデューサ素子を更に含ん
でおり、第２のマルチプレクサ状態において、前記第４
及び第５の行の各行においてそれぞれのサブセットを成
すトランスデューサ素子が前記ビームフォーマ・チャネ
ルに２対１の関係で切り換え自在に結合され、前記第４
及び第５の行において仰角方向に隣接したトランスデュ
ーサ素子の対が第２のセットを成すビームフォーマ・チ
ャネルのそれぞれのビームフォーマ・チャネルに結合さ
れている状態で、前記第２のアパーチャの第２の部分を
形成することができ、前記第１及び第２のセットのビー
ムフォーマ・チャネルは、互いに排他的である請求項１
１に記載の装置。 - 【請求項１３】 前記第１乃至第６の行の各行について
のビームフォーマ・チャネル対トランスデューサ素子の
割り当てはそれぞれ、第１及び第２のセットを成すチャ
ネル割り当てを含んでおり、前記第２及び第３の行につ
いての前記第１のセットのチャネル割り当ては同一であ
り、前記第４及び第５の行についての前記第２のセット
のチャネル割り当ては同一であり、前記第２の行につい
ての前記第２のセットのチャネル割り当ては、前記第６
の行についての前記第１のセットのチャネル割り当てと
同じであり、前記第１の行についての前記第２のセット
のチャネル割り当ては、前記第５の行についての前記第
１のセットのチャネル割り当てと同じである請求項１０
に記載の装置。 - 【請求項１４】 所定のサイクル長を形成するように順
番に番号付けされた多数のビームフォーマ・チャネル
と、第１及び第２の行を成すトランスデューサ素子を含
んでいるトランスデューサ・アレイとを含んでいる超音
波イメージング・システムを動作させる方法であって、 前記第１及び第２の行の各々のトランスデューサ素子を
前記ビームフォーマ・チャネルの少なくとも１つに割り
当てる工程であって、各々のビームフォーマ・チャネル
対トランスデューサ素子の割り当てが、開いた状態又は
閉じた状態になるように選択的に制御され得るスイッチ
を有するそれぞれの接続により提供され、第１のマルチ
プレクサ状態においては、前記第１の行において第１の
サブセットを成すトランスデューサ素子及び前記第２の
行において第１のサブセットを成すトランスデューサ素
子が前記ビームフォーマ・チャネルに１対１の関係で切
り換え自在に結合されて第１のアパーチャの一部を形成
することができ、第２のマルチプレクサ状態において
は、前記第１の行において第２のサブセットを成すトラ
ンスデューサ素子及び前記第２の行において第２のサブ
セットを成すトランスデューサ素子が前記ビームフォー
マ・チャネルに２対１の関係で切り換え自在に結合さ
れ、前記第１及び第２の行の各行において方位角方向に
隣接したトランスデューサ素子の対が同じそれぞれのビ
ームフォーマ・チャネルに接続されている状態で、第２
のアパーチャの一部を形成することができる、割り当て
る工程と、 前記第１のマルチプレクサ状態を示す第１のコマンドに
応答して第１の多数のスイッチを選択的に閉じる工程
と、 前記第２のマルチプレクサ状態を示す第２のコマンドに
応答して第２の多数のスイッチを選択的に閉じる工程
と、を備えている前記方法。 - 【請求項１５】 前記第１の行についてのビームフォー
マ・チャネル対トランスデューサ素子の割り当ては、第
１のセットを成す連続的なチャネル割り当てと、第２の
セットを成す連続的でないチャネル割り当てとを含んで
おり、前記第２の行についてのビームフォーマ・チャネ
ル対トランスデューサ素子の割り当ては、第１及び第２
のセットを成す連続的なチャネル割り当てと、第３のセ
ットを成す連続的でないチャネル割り当てとを含んでお
り、前記第１及び第２の行についての前記第１のセット
の連続的なチャネル割り当ては同一であり、前記第２の
行についての前記第２のセットの連続的なチャネル割り
当ては、前記第１のセットの連続的なチャネル割り当て
から前記サイクル長の２分の１ずつずれている請求項１
４に記載の方法。 - 【請求項１６】 所定のサイクル長を形成するように順
番に番号付けられた多数のビームフォーマ・チャネル
と、第１乃至第４の行を成すトランスデューサ素子を含
んでいるトランスデューサ・アレイとを含んでいる超音
波イメージング・システムを動作させる方法であって、 前記第１乃至第４の行の各々のトランスデューサ素子を
前記ビームフォーマ・チャネルの少なくとも１つに割り
当てる工程であって、各々のビームフォーマ・チャネル
対トランスデューサ素子の割り当てが、開いた状態又は
閉じた状態になるように選択的に制御され得るスイッチ
を有するそれぞれの接続により提供され、前記第１乃至
第４の行の各行についてのビームフォーマ・チャネル対
トランスデューサ素子の割り当ては、同一の順序及びサ
イクル長を有するが該サイクル長の４分の１ずつ互いに
ずれている第１乃至第４のセットを成す連続的なチャネ
ル割り当てをそれぞれ含んでいる、割り当てる工程と、 前記第１乃至第４の行の各行においてそれぞれのサブセ
ットを成すトランスデューサ素子を前記ビームフォーマ
・チャネルに１対１の関係で切り換え自在に結合して第
１のアパーチャを形成する工程とを備えた方法。 - 【請求項１７】 前記トランスデューサ・アレイは、第
５の行を成すトランスデューサ素子を更に含んでおり、 前記第５の行の各々のトランスデューサ素子を前記ビー
ムフォーマ・チャネルの少なくとも１つに割り当てる工
程であって、前記第５の行についてのビームフォーマ・
チャネル対トランスデューサ素子の割り当ては、前記第
１のセットの連続的なチャネル割り当てと同一である第
５のセットを成す連続的なチャネル割り当てを含んでい
る、割り当てる工程と、 前記第２乃至第５の行の各行においてそれぞれのサブセ
ットを成すトランスデューサ素子を前記ビームフォーマ
・チャネルに１対１の関係で切り換え自在に結合して、
前記第１のアパーチャを仰角方向に走査する工程とを更
に含んでいる請求項１６に記載の方法。 - 【請求項１８】 前記トランスデューサ・アレイは、第
６の行を成すトランスデューサ素子を更に含んでおり、 前記第６の行の各々のトランスデューサ素子を前記ビー
ムフォーマ・チャネルの少なくとも１つに割り当てる工
程であって、前記第６の行についてのビームフォーマ・
チャネル対トランスデューサ素子の割り当ては、前記第
２のセットの連続的なチャネル割り当てと同一である第
６のセットを成す連続的なチャネル割り当てを含んでい
る、割り当てる工程と、 前記第３乃至第６の行の各行においてそれぞれのサブセ
ットを成すトランスデューサ素子を前記ビームフォーマ
・チャネルに１対１の関係で切り換え自在に結合して、
前記第１のアパーチャを前記仰角方向に更に走査する工
程と、を更に含んでいる請求項１７に記載の方法。 - 【請求項１９】 前記第２の行についてのビームフォー
マ・チャネル対トランスデューサ素子の割り当ては、前
記第３のセットの連続的なチャネル割り当てと同一であ
る第７のセットを成す連続的なチャネル割り当てを更に
含んでおり、前記第２及び第３の行の前記トランスデュ
ーサ素子を前記ビームフォーマ・チャネルに２対１の関
係で切り換え自在に結合し、前記第２及び第３の行にお
いて仰角方向に隣接したトランスデューサ素子の対が第
１のセットを成すビームフォーマ・チャネルのそれぞれ
のビームフォーマ・チャネルに結合された状態で、第２
のアパーチャの第１の部分を形成する工程を更に含んで
いる請求項１６に記載の方法。 - 【請求項２０】 前記第５の行についてのビームフォー
マ・チャネル対トランスデューサ素子の割り当ては、前
記第４のセットの連続的なチャネル割り当てと同一であ
る第８のセットを成す連続的なチャネル割り当てを更に
含んでおり、前記第４及び第５の行の前記トランスデュ
ーサ素子を前記ビームフォーマ・チャネルに２対１の関
係で切り換え自在に結合し、前記第４及び第５の行にお
いて仰角方向に隣接したトランスデューサ素子の対が第
２のセットを成すビームフォーマ・チャネルのそれぞれ
のビームフォーマ・チャネルに結合された状態で、前記
第２のアパーチャの第２の部分を形成する工程を更に含
んでいる請求項１９に記載の方法。 - 【請求項２１】 少なくとも１つの行を成すトランスデ
ューサ素子を有するトランスデューサ・アレイと、 所定のサイクル長を形成するように連続して番号付けさ
れた多数のビームフォーマ・チャネルを含んでいるビー
ムフォーマと、 前記行の前記トランスデューサ素子と前記ビームフォー
マ・チャネルとの間でイメージング・データを多重化す
る多数のスイッチと、 マルチプレクサ状態コマンドの受信に応答して前記スイ
ッチを選択的に構成するコントローラとを備えており、 ビームフォーマ・チャネル対トランスデューサ素子の割
り当てが、第１のマルチプレクサ状態では、前記行にお
いて第１のサブセットを成すトランスデューサ素子が前
記ビームフォーマ・チャネルに１対１の関係で切り換え
自在に結合されて、第１のアパーチャの一部を形成する
ことができ、第２のマルチプレクサ状態では、前記行に
おいて第２のサブセットを成すトランスデューサ素子が
前記ビームフォーマ・チャネルに２対１の関係で切り換
え自在に接続され、前記行において方位角方向に隣接し
たトランスデューサ素子の対が同じそれぞれのビームフ
ォーマ・チャネルに接続されている状態で、第２のアパ
ーチャの一部を形成することができるように構成されて
いる、トランスデューサを多重化する装置。
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